[论文解读] On the possible new 750 GeV heavy boson resonance at the LHC

D. Palle|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 9

一句话总结

该论文提出，LHC观测到的750 GeV双光子共振可能是一种来自顶夸克-反顶夸克束缚态（顶夸克偶素）与胶球之间量子混合的孪生标量共振，其中较重的态（750 GeV）主要由胶球组成。该模型通过Bethe-Salpeter方程框架解释该共振为强相互作用动力学的结果，将125 GeV的希格斯样态解释为较轻的孪生粒子，提供了一种非标准模型的解决方案，用于解释中微子质量、暗物质以及 gauge 层次问题。

ABSTRACT

We argue that the possible new heavy boson resonance of 750 GeV is an ideal candidate as a twin particle of the 125 GeV scalar boson, both emerging from the large mixing of the scalar toponium and scalar gluonium. The twin pseudoscalar particles are expected to have smaller masses. The discovery of the 750 GeV resonance is possible only with a much more data than for the 125 GeV resonance since only the gluonium component is detectable above the toponium threshold. The similar type of the QCD resonances is expected in the bottomonium-gluonium system. If the LHC will discover all these heavy quarkonium-gluonium resonances, the absence of the Higgs scalar should not be considered an obstacle because the nonsingular theory with the UV cutoff fixed by the weak boson masses is superior to the Standard Model. Namely, it solves the basic problems for the SM such as: (1) the existence of light neutrinos, (2) dark matter particles to be the heavy Majorana neutrinos and (3) broken lepton and baryon numbers.

研究动机与目标

• 将LHC观测到的750 GeV双光子共振解释为顶夸克-反顶夸克束缚态与胶球之间强混合产生的新重标量共振。
• 解决标准模型中的不一致问题，如标准模型希格斯无法生成中微子质量以及缺乏暗物质候选者。
• 提出125 GeV标量共振并非基本希格斯粒子，而是来自相同非微扰QCD动力学的更重共振的孪生态。
• 论证若理论在弱玻色子质量处被紫外截断，且通过新对称性和质量生成机制解决关键标准模型问题，则缺乏基本希格斯玻色子并非问题。

提出的方法

• 使用Bethe-Salpeter方程框架，通过2×2质量矩阵建模顶夸克-反顶夸克（顶夸克偶素）与胶球态之间的质量混合。
• 求解由质量矩阵本征值问题导出的三个非线性代数方程组，以确定混合角、共振质量及湮灭矩阵元。
• 将该模型应用于多个夸克偶素-胶球系统，包括顶、底及轻夸克，以预测孪生标量与赝标量态。
• 假设750 GeV共振主要为胶球性质，因此可通过双光子衰变探测，而顶夸克偶素组分因快速弱衰变而不可见。
• 引入一种无奇点的量子场论，其紫外截断由弱玻色子质量固定，取代标准模型的希格斯机制。
• 使用Dyson-Schwinger方程描述传播子中的质量奇点，从而构建一个框架，使费米子质量与混合角由规范、共形及离散对称性自然生成。

实验结果

研究问题

• RQ1 750 GeV双光子共振是否可被解释为顶夸克-反顶夸克与胶球的束缚态混合，而非基本希格斯玻色子？
• RQ2 在顶夸克与底夸克系统中，孪生标量与赝标量态的预测质量与混合参数为何？
• RQ3 为何750 GeV共振可观测，而顶夸克偶素组分在LHC中保持不可见？
• RQ4 若缺乏基本希格斯玻色子，如何与电弱对称性自发破缺及中微子质量生成相容？
• RQ5 同一理论框架能否同时解释暗物质、轻子数与重子数破坏以及观测到的中微子质量层次？

主要发现

• 预测750 GeV共振为质量750.5 GeV的重孪标量态，由45.9%顶夸克偶素与54.1%胶球混合而成，湮灭矩阵元为254.9 GeV。
• 125 GeV标量共振被识别为顶夸克-胶球系统中较轻的孪生态，模型预测混合角为0.459，质量与观测共振一致。
• 在赝标量通道中预测存在96 GeV共振，混合角为0.384，湮灭矩阵元为160.0 GeV，与模型框架一致。
• 在底夸克-胶球系统中预测存在28.07 GeV共振，混合角为0.568，湮灭矩阵元为10.78 GeV，表明此类态具有更广谱特性。
• 模型预测只有胶球主导的共振组分可在LHC中探测到，解释了为何顶夸克偶素主导的更重孪生态难以被观测。
• 该理论为轻中微子质量、作为重马约拉纳中微子的暗物质以及轻子与重子数的破坏提供了框架，且无需引入基本希格斯玻色子。