[논문 리뷰] Diphoton excess at 750 GeV: Singlet scalars confront naturalness

Indrani Chakraborty, Anirban Kundu|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

논문은 750 GeV 이중광자 과잉이 벡터 락스 페르미온을 통해 루프 매개된 과정를 통해 붕괴하는 준가시성의 가시성 스칼라 상태의 집합으로 인해 발생한다고 제안한다. 이는 레조넌스의 넓은 붕괴 너비를 자연스럽게 설명한다. 또한 이 모형은 힉스 포텐셜 내의 제곱수 발산을 억제함으로써 계층 문제를 해결할 수 있으며, 관측된 데이터가 스칼라의 4차 상호작용 계수를 유일하게 결정함으로써 양자역학적 자연성의 틀 안에서 완전히 제약된 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

We suggest that the recently observed diphoton excess at 750 GeV comes from a quasi-degenerate bunch of gauge singlet scalars produced and decaying through one or more vector-like fermions. This explains the broad nature of the resonance, even though the decay is loop-mediated. At the same time, the model keeps the new Yukawa couplings in the perturbative region, which is necessary for the stability of the potential. The interesting part is that such a model of singlet scalars and vector fermions can effectively address the fine-tuning problem, keeping the quadratic divergences at a manageable level. If one demands the cancellation of quadratic divergences, the data can completely specify the model, including the singlet quartic coupling that has no other way of being probed. We show the typical parameter space of such a model taking all these considerations into account.

연구 동기 및 목표

• LHC 데이터에서 관측된 750 GeV의 넓은 이중광자 공명을 다중 단일 스칼라 섹터를 통해 설명하기 위해.
• 이 공명의 맥락에서 제곱수 발산을 억제함으로써 미세조정 문제를 해결하기 위해.
• 기타 방법으로는 측정이 불가능한 상태에서 관측된 이중광자 데이터가 스칼라의 4차 상호작용 계수를 고유하게 결정할 수 있음을 보여주기 위해.
• 양자역학적 자연성과 실험적 제약 조건을 모두 만족하면서도 안정적이고 안정적인 모형을 구축하기 위해.

제안 방법

• 이중광자로 붕괴하는 공명 상태로 간주되는 준가시성의 가시성 스칼라 집합을 가정한다.
• 루프 유도된 이중광자 붕괴를 매개하는 벡터 락스 페르미온을 도입하여, 루프 억제에도 불구하고 넓은 공명 너비를 가능하게 한다.
• 대칭성 또는 장의 구성 요소를 통해 제곱수 발산의 상쇄 메커니즘을 구현함으로써 자연성을 확보한다.
• 제곱수 발산 상쇄 요구 조건을 통해 모형 매개변수, 특히 스칼라의 4차 상호작용 계수를 제약한다.
• 퍼티브리티, 자연성, 관측된 이중광자 신호의 병합 제약 조건 하에서 매개변수 공간 스캔을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 벡터 락스 페르미온을 포함한 다중 단일 스칼라 모형이 750 GeV의 넓은 이중광자 공명을 설명할 수 있는가?
• RQ2 이러한 모형이 힉스 포텐셜 내의 제곱수 발산을 억제함으로써 어떻게 자연성을 달성할 수 있는가?
• RQ3 기타 측정 수단으로는 접근이 불가능한 상태에서 이중광자 데이터가 스칼라의 4차 상호작용 계수를 어느 정도로 고유하게 결정할 수 있는가?
• RQ4 퍼티브리티, 자연성, 관측된 신호의 병합 제약 조건 하에서 이 모형의 타당한 매개변수 공간은 어떻게 되는가?

주요 결과

• 750 GeV의 이중광자 공명은 벡터 락스 페르미온을 포함한 루프 다이어그램을 통해 붕괴하는 준가시성의 다중 스칼라 상태 집합을 통해 설명될 수 있다.
• 벡터 락스 페르미온의 포함은 루프 매개 붕괴에도 불구하고 넓은 공명 너비를 가능하게 하며, 관측된 신호와 일치한다.
• 모형은 효과적인 제곱수 발산 상쇄를 통해 자연성을 달성하여, 큰 양자 보정으로부터 힉스 포텐셜을 안정화시킨다.
• 제곱수 발산 상쇄 요구 조건은 스칼라의 4차 상호작용 계수를 고유하게 결정하며, 이는 이중광자 데이터에 의해 완전히 제약됨을 의미한다.
• 퍼티브리티, 자연성, 관측된 공명 특성의 병합 상호작용으로 인해 모형의 타당한 매개변수 공간은 상당히 제한된다.