[논문 리뷰] Radiative neutrino models in light of diphoton signals

Oleg Antipin, Petar Čuljak외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 16.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 56인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 관측된 750 GeV 이중광자 공진성과의 호환성을 평가하기 위해 일주기 및 삼주기 방사선 중성미온 질량 모델을 조사한다. 두 모델 모두 각각의 블록스탠다드 모형(BSM) 섹터에 존재하는 무거운 스칼라 필드를 통해 이 공진성을 설명할 수 있으며, 서로 다른 LHC 검증 가능 예측을 제공한다. 또한, 4차 상호작용의 양자역학적 군 분석을 통해 랑도 극점과 진공 안정성 제약 조건을 동시에 고려한다.

ABSTRACT

Viable explanations of a hinted 750 GeV scalar resonance may be sought within the extensions of the SM Higgs sector aimed at generating neutrino masses at the loop level. We confront a compatibility with the 750 GeV diphoton excess for two recent models which do not need to impose ad hoc symmetry to forbid the tree-level masses: a one-loop mass model providing the H(750) candidate within its real triplet scalar representation and a three-loop mass model providing it within its two Higgs doublets. Besides accounting for the 750 GeV resonance, we demonstrate that these complementary neutrino-mass scenarios have different testable predictions for the LHC which should show up soon as more data is accumulated during the ongoing 13 TeV run.

연구 동기 및 목표

• LHC 데이터에서 관측된 750 GeV 이중광자 공진성과 동시에 일치할 수 있는 타당한 방사선 중성미온 질량 모델이 존재하는지 평가하는 것.
• 나이만-루프 및 삼중-루프 중성미온 질량 메커니즘이 나무단계 질량을 금지하기 위해 특수 대칭을 도입하지 않고도 이중광자 신호와 호환되는지 검토하는 것.
• 각 모델의 BSM 스칼라 및 페르미온 구성에 기인한 별개의 검증 가능한 LHC 서명을 규명하는 것.
• 스칼라 포텐셜의 안정성과 4차 상호작용의 진동수를 분석하며, 특히 이중광자 신호를 재현하는 매개변수 영역에서의 랑도 극점 위험을 평가하는 것.

제안 방법

• 실수 스칼라 필드 Δ를 포함한 SU(2)L 트리플렛과 벡터-유사 레프톤을 사용하여 일주기 중성미온 질량 모델을 구축하며, Δ의 중성 성분이 750 GeV 공진성 후보로 기능한다.
• 기존의 이중 히iggs 두중기 프레임워크(2HDM) 내에서 삼주기 중성미온 질량 모델을 개발하며, 750 GeV 스칼라 필드는 기여도가 큰 비정상 스칼라 필드에서 유래한 무거운 CP-대칭 중성 상태로 나타난다.
• 양자역학적 불변성의 스칼라 포텐셜과 양자역학적 상호작용을 유도하며, 이중광자 붕괴를 매개하는 삼중항 및 4차 상호작용을 포함한다.
• 4차 상호작용의 양자역학적 군 분석(RGE)을 수행하며, τ1,2 및 σ1,2의 베타 함수를 계산하여 랑도 극점 행동을 평가한다.
• RGE 진동수를 이용해 이중광자 신호를 위해 요구되는 큰 초기 값의 '혼합' 4차 상호작용이 플랑크 스케일 이하에서 랑도 극점으로 이어지는지 여부를 판단한다.
• 두 모델의 매개변수 영역을 비교하며, 이중광자 신호를 재현하면서도 진공 안정성과 조기 랑도 극점을 피하는 영역을 규명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실수 SU(2)L 트리플렛 스칼라 필드를 포함한 일주기 중성미온 질량 모델이 특수 대칭(Z2)을 도입하지 않고 750 GeV 이중광자 공진성을 설명할 수 있는가?
• RQ2 기존의 이중 히iggs 두중기 프레임워크(2HDM)에 기반한 삼주기 중성미온 질량 모델이 이중광자 초과를 타당하게 설명할 수 있는가? 또한 이 모델은 일주기 모델과 비교해 LHC 현상학에서 어떻게 다를까?
• RQ3 두 모델에서 750 GeV 이중광자 공진성을 재현하기 위해 요구되는 4차 상호작용의 제약 조건은 무엇이며, 이러한 값들이 접근 가능한 에너지 스케일에서 랑도 극점으로 이어지는가?
• RQ4 각 모델의 '혼합' 4차 상호작용의 양자역학적 군 진동수 패턴이 스칼라 포텐셜의 안정성과 공진성 설명의 타당성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 삼주기 모델에서 추가적인 비정상 스칼라 필드의 존재가 4차 상호작용의 랑도 극점 문제를 자연스럽게 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 실수 트리플렛 스칼라 필드 Δ를 포함한 일주기 모델은 Δ의 중성 성분을 통해 750 GeV 이중광자 공진성을 재현할 수 있으며, 이 공진성은 루프 유도 이중광자 붕괴에서 기인한다.
• 삼주기 모델은 기존의 이중 히iggs 두중기 프레임워크(2HDM)에 기반하여, 기여도가 큰 비정상 스칼라 필드에서 기인한 무거운 CP-대칭 중성 스칼라로 750 GeV 공진성을 실현하며, 이는 양성자 기반 BSM 입자에 의해 매개되는 루프 다이어그램을 통해 발생한다.
• 두 모델 모두 이중광자 공진성을 재현하는 데 필요한 매개변수 영역은 큰 초기 값의 '혼합' 4차 상호작용 τ1,2 및 σ1,2를 요구하며, 이는 양자역학적 군 진동수에 의해 제약을 받는다.
• 일주기 모델의 '혼합' 4차 상호작용의 베타 함수 βx 및 βy는 x < 7.9 및 y < 4.1일 경우 상호작용의 절대값이 감소하는 경향을 보이지만, 여전히 큰 초기 값을 가질 경우 약 10^6 GeV에서 랑도 극점으로 이어진다.
• 삼주기 모델은 4차 상호작용의 구조 덕분에 음의 베타 함수 기여가 유감스럽게도 상쇄되어, 이중광자 신호를 설명하는 매개변수 영역에서 랑도 극점의 발생을 지연시키며, 고에너지 영역에서의 안정성을 향상시킨다.
• 각 모델의 BSM 입자 구성의 차이로 인해 별개의 LHC 서명을 예측하며, 향후 13 TeV에서 더 많은 데이터가 축적됨에 따라 이들 사이를 식별할 수 있다.