[论文解读] Interpreting 750 GeV Diphoton Resonance in the NMSSM with Vector-like Particles

Fei Wang, Wenyu Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 37

一句话总结

该论文在NMSSM框架下通过引入矢量型手征超多重态，解释了750 GeV双光子共振现象。该机制生成了两个几乎简并的单态型希格斯玻色子（mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV），其主要衰变为具有大混合的矢量型超夸克。该机制显著增强了胶子融合产生截面，并成功解释了双光子过剩现象，同时满足希格斯玻色子和暗物质约束条件。

ABSTRACT

In this work, we explain the recent observed 750 GeV diphoton resonance in the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) by introducing vector-like chiral superfields. Such an extension is well motivated from the top-down view since some grand unified theories usually predict the existence of singlet scalars and vector-like particles at weak scale. In our model, the 750 GeV resonance can be interpreted as two nearly degenerate singlet-like Higgs bosons (mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV). The decays of h2/a1 → are dominated by the vector-like squarks with large mixing, which can also enhance the production cross section of gg → h2/a1. Under the constraints from the Higgs data and dark matter detection, we scan the parameter space and find that such a model can successfully accounts for the diphoton excess.

研究动机与目标

• 在下一代最小超对称标准模型（NMSSM）的背景下，解释观测到的750 GeV双光子共振现象。
• 从自上而下的框架出发，探讨在大统一理论考虑下引入矢量型手征超多重态的理论动机。
• 探究该共振是否可被解释为两个几乎简并的单态型希格斯玻色子（mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV）。
• 研究具有大混合的矢量型超夸克如何增强750 GeV态的双光子衰变宽度与胶子融合产生截面。
• 确保该模型在现有希格斯玻色子数据与直接/间接暗物质探测约束下保持一致性。

提出的方法

• 在NMSSM中引入矢量型手征超多重态，以扩展标量 sector，并在750 GeV处生成两个几乎简并的单态型希格斯玻色子。
• 将750 GeV共振解释为两个本征态 h2 与 a1 的混合态，其质量满足 mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV，源于扩展的标量势。
• 利用矢量型超夸克与标准模型型超夸克之间的大混合，通过圈图过程显著增强 h2/a1 衰变为光子的宽度。
• 计算胶子融合产生截面（gg → h2/a1），并表明由于矢量型粒子诱导的大耦合，该截面显著增强。
• 在扩展的NMSSM参数空间中进行全局参数扫描，施加来自LHC希格斯玻色子数据与暗物质丰度的约束。
• 通过标量与赝标量单态贡献，评估该模型与直接及间接暗物质探测极限的兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包含矢量型粒子的NMSSM中，750 GeV双光子共振能否被一致地解释为一对几乎简并的单态型希格斯玻色子？
• RQ2 具有大混合的矢量型超夸克如何增强750 GeV态的双光子衰变宽度与胶子融合产生率？
• RQ3 扩展的标量 sector 与矢量型粒子对希格斯玻色子信号强度与暗物质丰度有何影响？
• RQ4 该模型在当前LHC希格斯玻色子 sector 与直接/间接暗物质探测实验约束下是否可行？
• RQ5 该模型能否同时解释双光子过剩现象，并保持与观测到的标准模型型希格斯玻色子性质的一致性？

主要发现

• 750 GeV双光子共振被成功解释为两个几乎简并的单态型希格斯玻色子 h2 与 a1，其质量约为750 GeV。
• 由于大混合，h2/a1 衰变为矢量型超夸克的分支比占主导地位，通过圈图过程显著增强了双光子衰变宽度。
• 胶子融合产生截面（gg → h2/a1）因涉及矢量型夸克的大耦合而显著增强。
• 存在一个可行的参数空间，使得该模型满足来自希格斯信号强度与暗物质丰度测量的约束。
• 当最轻中性子为主要暗物质候选者时，该模型与直接及间接暗物质探测极限保持一致。
• 引入矢量型手征超多重态提供了一个理论上有动机的扩展，可在不违反现有实验界限的前提下解释该共振现象。