[论文解读] Interpretation of the 750 GeV diphoton excess with colored scalars in SO(10) grand unification

Tanumoy Mandal, Ufuk Aydemir|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

该论文提出，LHC数据中观测到的750 GeV双光子过剩现象可用SO(10)大统一理论中的有色标量粒子来解释。该模型引入一个复标量单态，其与顶夸克和胶子耦合，通过圈图过程产生双光子共振，预测截面与LHC数据一致，并实现自然味守恒。

ABSTRACT

Interpretation of the 750 GeV diphoton excess with colored scalars in SO(10) grand unification

研究动机与目标

• 使用SO(10)大统一框架解释LHC运行1期间观测到的750 GeV双光子共振。
• 识别能够通过圈级相互作用产生双光子衰变道的可行粒子内容——特别是有色标量。
• 确保模型尊重自然味守恒，避免产生大的味改变中性流。
• 在保持规范耦合统一的前提下，实现与实验数据一致的双光子信号强度。

提出的方法

• 在SO(10) GUT模型中引入一个变换为规范群下10重态的复标量单态。
• 实现标量与第三代夸克（顶夸克和底夸克）之间的Yukawa耦合，以介导胶子和光子圈图跃迁。
• 利用涉及顶夸克和有色标量的一圈图计算双光子衰变宽度。
• 通过有效胶子耦合计算共振态的总产生截面，方法为胶子融合过程。
• 确保模型维持规范耦合统一，并避免对味改变过程产生大贡献。
• 将预测的信号强度（σ × BR）与LHC数据对比，以约束参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 SO(10)大统一理论中的有色标量能否解释LHC观测到的750 GeV双光子过剩？
• RQ2 为重现观测到的双光子信号强度，所需的Yukawa耦合常数和标量质量是多少？
• RQ3 该模型是否自然地抑制味改变中性流并保持自然味守恒？
• RQ4 该模型预测的共振截面是否在理论和实验不确定度范围内与LHC运行1数据一致？

主要发现

• 该模型成功重现了750 GeV处观测到的双光子信号强度，预测截面约为10 fb，与LHC数据一致。
• 有色标量通过Yukawa相互作用与顶夸克耦合，实现圈图诱导的双光子衰变，分支比量级为10⁻²至10⁻³。
• 由于Yukawa耦合与第三代夸克质量对齐，该模型避免了大的味改变中性流。
• 在SO(10)框架下，规范耦合统一得以保持，支持该模型与大统一理论的一致性。
• 标量质量预测约为750 GeV，与共振峰一致，宽度与实验观测宽度一致。
• 即使在后续LHC数据中未再确认双光子过剩，该模型依然保持有效性，因其在SO(10) GUT框架内仍为一致的解释。