[논문 리뷰] The Diphoton Excess Inspired Electroweak Baryogenesis

Wei Chao|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 18.

Biofield Effects and Biophysics인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 LHC에서 관측된 750 GeV 이중광자 초과 현상이 고유한 스칼라 쿼크를 통해 고리에 의한 글루온 융합로 생성된 CP-홀드 스칼라 싱เก트에 의해 설명되는 모델을 제안한다. 동일한 스칼라 싱게트는 이중단계 전자약력 상전이를 유도하며, 기포벽에서 스칼라 쿼크의 CP-위반 상호작용이 케일러 비대칭을 생성하여 약한 스파일러론 과정을 통해 충분한 양성자 비대칭을 유도한다. 이는 이중광자 초과 현상과 전자약력 양성자 비대칭을 성공적으로 연결한다.

ABSTRACT

A resonance in the diphoton channel with invariant mass $m_{γγ} = 750$ GeV was claimed by the ATLAS and CMS collaborations at the run-2 LHC with $\sqrt{s}=13$ TeV. In this paper, we explain this diphoton excess as a pseudo-scalar singlet, which is produced at the LHC through gluon fusion with exotic scalar quarks running in the loop. We point out the scalar singlet might trigger a two-step electroweak phase transition, which can be strongly first oder. By assuming there are CP violations associated with interactions of the scalar quarks, the model is found to be able to generate adequate baryon asymmetry of the Universe through the electroweak baryogenesis mechanism. Constraints on the model are studied.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 ATLAS와 CMS가 관측한 750 GeV 이중광자 공진형을 CP-홀드 스칼라 싱게트로 설명한다.
• 이 공진형이 전자약력 상전이의 이중단계 과정을 유도할 수 있는지 탐색한다.
• 기포벽에서 스칼라 쿼크의 CP-위반 상호작용이 약한 스파일러론 전이를 통해 충분한 양성자 비대칭을 생성할 수 있는지 조사한다.
• 허브스 신호 강도, 전기 dipole moment(EDM) 한계, 그리고 콜라이더 탐색 자료를 통해 모델을 제약한다.

제안 방법

• 모델은 표준모형에 복소 스칼라 싱게트 S, 고유한 스칼라 쿼크 쌍(3,2,7/6), 그리고 표준모형 게이지 대칭 하에 싱게트(3,1,2/3)를 추가하여 확장한다.
• 이중광자 붕괴는 스칼라 쿼크를 포함한 고리 도형을 통해 매개되며, 공진형은 S의 CP-홀드 성분으로 해석된다.
• 스칼라 싱게트에 의해 이중단계 전자약력 상전이가 유도되며, 기포벽은 비평형 환경을 제공한다.
• 스칼라 쿼크 부문의 CP-위반 삼중항 상호작용(A3, A4)이 전하 밀도를 생성하여 약한 스파일러론 과정을 편향시킨다.
• 전하 밀도에 대한 볼츠만 방정식을 통해 빈도 비대칭을 계산하며, 최종 비대칭은 기포벽 앞에서의 통합된 왼손 페르미온 밀도로부터 유도된다.
• 수치적 해는 안정화 방법을 사용하며, 허브스 신호 강도, EDM 한계, 콜라이더 탐색 자료를 통해 제약 조건이 적용된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 750 GeV 이중광자 초과 현상은 고유한 스칼라 쿼크를 통해 고리에 의한 글루온 융합로 생성된 CP-홀드 스칼라 싱게트로 설명될 수 있는가?
• RQ2 스칼라 싱게트는 전자약력 양성자 비대칭을 위해 요구되는 강한 일급 전자약력 상전이를 이중단계로 유도하는가?
• RQ3 기포벽에서 스칼라 쿼크의 CP-위반 상호작용이 약한 스파일러론 과정을 통해 충분한 양성자 비대칭을 생성할 수 있는가?
• RQ4 허브스 신호 강도, 전기 dipole moment, 그리고 고유한 입자에 대한 콜라이더 탐색 자료로부터 모델에 가해지는 제약 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 모델은 현재 ATLAS와 CMS 데이터와 일치하는 이중광자 신호 강도 μγγ = 0.998을 통해 750 GeV 이중광자 초과 현상을 성공적으로 설명한다.
• 스칼라 싱게트는 전자약력 상전이를 강한 일급으로 이중단계로 이끌 수 있으며, 전자약력 양성자 비대칭을 위한 요구 조건을 충족시킨다.
• 매개변수 M~Q = 380 GeV, M~T = 450 GeV, |A3| = 120 GeV, Arg[A*3A4] = -π/3 조건 하에서 모델은 M~Q–M~T 평면에서 빈도 비대칭 YB/YB^obs ≈ 1.0을 생성한다.
• fermion에 대한 페어리티 위반 허브스 상호작용이 없고, CP 위상이 EDM 한계에서 보호되기 때문에 EDM 제약을 피한다.
• 삼중항 상호작용 A3는 μgg = 0.992를 보장하며, 향후 CEPC와 같은 허브스 팩토리에서 검증 가능하다.
• 은폐 세트와의 결합으로 고유한 쿼크에 대한 콜라이더 탐색을 피하며, 장수하는 전하를 띤 입자가 생기지 않게 하여 스텔스 초대칭과 유사하게 된다.