[論文レビュー] Strong CP Problem, Neutrino Masses and the 750 GeV Diphoton Resonance

Qing-Hong Cao, Shao‐Long Chen+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 54

ひとこと要約

本稿では、フェルミオン質量のユニバーサル・シー・スォー・メカニズムを実現し、離散的パリティ対称性によって強いCP問題を解決し、混合CP偶性のシングレット・ヒッグス粒子によって750 GeVのダイフォトン共鳴を説明する、左対称な $SU(3)_c \times SU(2)_L \times SU(2)_R \times U(1)_L \times U(1)_R$ モデルを提案する。共鳴状態は、ベクトルレジリッド・クォークおよびレプトンを含むループ誘導過程からの崩壊によって生じ、パラメータの広い範囲でダイフォトン断面積が説明可能である。

ABSTRACT

We present an $SU(3)^{}_{c} imes SU(2)^{}_{L} imes SU(2)^{}_{R} imes U(1)_{L}^{} imes U(1)_{R}^{} ightarrow SU(3)^{}_{c} imes SU(2)^{}_{L} imes SU(2)^{}_{R} imes U(1)^{}_{B-L}$ left-right symmetric model with a discrete parity symmetry to realize a universal seesaw scenario. The model can simultaneously solve the strong CP problem without resorting to the unobserved axion and explain the 750 GeV diphoton resonance reported recently by the ATLAS and CMS collaborations at the LHC. Owing to large suppressions in the two-loop induced Dirac mass terms, the Majorana mass matrices of left- and right-handed neutrinos naturally share the same structure. That allows us to quantitatively study the neutrinoless double beta decay induced by the right-handed currents.

研究の動機と目的

• 左対称モデルに離散的パリティ対称性を導入することで、アキソンを導入せずに強いCP問題を解決すること。
• LHCのATLASおよびCMSが観測した750 GeVのダイフォトン共鳴を、CP偶性のシングレット・ヒッグス粒子によって説明すること。
• ベクトルレジリッド・シングレット・フェルミオンとトライアド・ヒッグススカラを用いて、クォークおよびニュートリノ質量のユニバーサル・シー・スォー・メカニズムを実現すること。
• 自然に整列したメジャノン質量行列を介して、右対称カレントによるニュートリノなし二重ベータ崩壊を定量的に研究すること。

提案手法

• クォークおよびレプトン質量のユニバーサル・シー・スォーを可能にするために、$U(1)_L \times U(1)_R$ 電荷を有する $SU(2)$ シングレット・ベクトルレジリッド・フェルミオン（U, D, E）を導入する。
• $SU(2)$ シングレット・ヒッグススカラを介して、$U(1)_L \times U(1)_R \to U(1)_{B-L}$ の自発的対称性の破れを実装し、ベクトルレジリッド・フェルミオンの質量を生成する。
• 左および右のニュートリノのメジャノン質量をタイプII・シー・スォーを介して生成するために、二つの $SU(2)$ トライアド・ヒッグススカラを導入する。
• 電荷を有するゲージボソンおよびフェルミオンを介して、ディラックニュートリノ質量項を2ループレベルに抑制し、左および右のメジャノン質量行列の整合性を保証する。
• 750 GeVの共鳴状態の $gg \to H \to \gamma\gamma$ プロセスを媒介する、混合CP偶性シングレット・ヒッグス状態 $H = \cos\theta H_U + \sin\theta H_E$ を使用する。
• フェルミオンのループ寄与および混合角 $\cos\theta$ に依存する、ループ誘導幅 $\Gamma(H \to gg)$ および $\Gamma(H \to \gamma\gamma)$ を用いて、ダイフォトン断面積を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 離散的パリティ対称性を有する左対称モデルにおいて、アキソンを導入せずに強いCP問題を解決できるか？
• RQ2 ベクトルレジリッド・クォークおよびレプトンと結合するCP偶性のシングレット・ヒッグス粒子によって、750 GeVのダイフォトン共鳴を説明できるか？
• RQ3 $U(1)_L \times U(1)_R$ ゲージ対称性を有する左対称フレームワークにおいて、ユニバーサル・シー・スォー・メカニズムを一貫して実現できるか？
• RQ4 2ループ抑制が、左および右のニュートリノのメジャノン質量行列を整列させる役割を果たすか？
• RQ5 右対称カレントを介したニュートリノなし二重ベータ崩壊の断面積を、このモデルが定量的に予測できるか？

主な発見

• 750 GeVのダイフォトン共鳴は、混合角 $\cos\theta \in (0.1, 0.95)$ の範囲で説明可能であり、観測された断面積（6–10 fb）と整合的である。
• モデルは $\Gamma(H \to Z\gamma) \sim 0.6 \Gamma(H \to \gamma\gamma)$ を予測し、現在の実験的制約と一致する。
• ディラックニュートリノ質量項は2ループレベルに抑制され、左および右のメジャノン質量行列に同一の構造が生じる。
• 左および右のニュートリノのメジャノン質量行列は自然に整列しており、右対称カレントによるニュートリノなし二重ベータ崩壊への寄与を定量的に研究可能である。
• 離散的パリティ対称性を介して強いCP問題が解決され、アキソンの導入が不要となる。
• モデルは、ATLASの直接探索制約と整合的である、ベクトルレジリッド・クォーク質量 $m_U \approx 884~\text{GeV}$ および $m_E \approx 619~\text{GeV}$ を予測する。