[논문 리뷰] The Observed Diphoton Excess in F-theory Inspired Heterotic String-Derived Model

Johar M. Ashfaque|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 86인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 F-theory에 영향을 받은 E6 GUT 프레임워크 내에서 헤테로지틱 스트링에서 유도된 모델을 제안하며, 무거운 벡터-유사 쿼크와 렙톤을 통해 고리에 의한 생성과 붕괴를 통해 LHC에서 관측된 이광자 공진을 설명한다. 이 모델은 SM 물질을 E6의 27-퍼리티에 포함하는 플립드 SO(10) GUT를 실현하며, 750 GeV의 싱게트 상태를 이광자 공진으로 식별하여, 이상치 보존과 게이지 커플링 통합과 일관된다.

ABSTRACT

The production and the subsequent decay of the SM singlet via heavy vector--like colour triplets and electroweak doublets in one--loop diagrams can shed light on the recent observation of diphoton excess at the LHC. In this paper, the $E_6$ GUT is considered in the F-theory setting where the $E_6$ is broken by making use of the spectral cover construction and by turning on the hypercharge gauge flux. This paper is based on the results presented in \cite{Athanasopoulos:2014bba, Faraggi:2016xnm, Ashfaque:2016jha} which will be reviewed briefly. Here, by following the F-theory approach, akin to \cite{Karozas:2016hcp, Leontaris:2016wsy, Das:2016xuc}, we present a study of the flipped $SO(10)$ model embedded completely in the $E_{6}$ GUT but with a different accommodation of the SM representations in the ${\bf{27}}$ of $E_{6}$.

연구 동기 및 목표

• 관측된 LHC 이광자 공진(약 750 GeV)을 일관된 스트링 이론 프레임워크 내에서 설명하기 위해.
• Abelian 플럭스를 사용한 F-theory 콪팩티피케이션을 통해 E6에 임bed된 플립드 SO(10) GUT 모델을 구축하기 위해.
• SM 표현을 E6 27-펄리티 내에서 재구성하여 벡터-유사 페르미온과 결합할 수 있는 타당한 싱게트 상태를 허용하기 위해.
• 저에너지 효과 이론에서 이상치 보존과 게이지 커플링 통합과의 호환성을 확보하기 위해.
• 싱게트 스칼라의 고리에 의한 생성과 붕괴를 통해 이광자 공진에 대한 현상학적으로 타당한 메커니즘을 제공하기 위해.

제안 방법

• 모델은 자유 페르미온 헤테로지틱 스트링 구성에서 유도되며, E6 게이지 대칭을 갖는 저에너지 효과 이론을 도출한다.
• F-theory에서의 초위상 플럭스와 스펙트럴 커브 구성에 의해 E6 GUT 대칭이 깨지며, SO(10)×U(1)ζ로 이르고, 이후 SM 게이지 군으로 이르게 된다.
• SM 페르미온과 힉스는 이전의 모델과 다른 할당 방식을 통해 E6 27-펄리티에 통합되며, 새로운 싱게트 상태를 허용한다.
• 싱게트 상태 S는 750 GeV 공진으로 식별되며, 모든 SM 게이지 군에 대해 싱게트로 변환된다.
• 초위상은 λijkDSiDjD̄k 및 λijkHSiHjH̄k 형태의 항들을 포함하며, S의 고리 수준에서의 생성과 이광자 붕괴를 가능하게 한다.
• 이상치 보존은 벡터-유사 쿼크와 렙톤을 스펙트럼에 유지함으로써 강제로 확보되며, 저에너지 데이터와의 일관성을 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 750 GeV에서 관측된 이광자 공진은 F-스트링에서 유도된 E6 GUT 모델 내에서, 고리 다이어그램을 통해 무거운 벡터-유사 쿼크와 렙톤을 포함한 싱게트 스칼라가 붕괴함으로써 설명될 수 있는가?
• RQ2 Abelian 플럭스를 사용한 F-theory 콩팩티피케이션을 통해 플립드 SO(10) GUT를 E6에 일관되게 임베드할 수 있는가?
• RQ3 스펙트럴 커브 구성과 초위상 플럭스는 E6를 SO(10)×U(1)ζ로, 그리고 이후 SM 게이지 군으로 깨는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 E6 27-펄리티 내에서 SM 표현의 재할당은 싱게트 상태의 현상학적 성질과 그 결합 상수에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 벡터-유사 상태가 존재하는 상황에서, 모델은 게이지 커플링 통합과 이상치 보존과 호환되는가?

주요 결과

• 750 GeV 이광자 공진은 스펙트럴 커브 구성에서의 θ32=θ31 싱게트 상태에 해당하는 싱게트 상태 S로 식별된다.
• 싱게트 상태 S는 초위상항 λijkDSiDjD̄k 및 λijkHSiHjH̄k를 통해 벡터-유사 쿼크(D, D̄)와 렙톤(H, H̄)과 결합된다.
• S의 고리에 의한 생성과 두 개의 광자로의 붕괴는 고리에 의한 메커니즘을 통해 이루어지며, 관측된 이광자 신호와 일관된다.
• 이상치 보존은 U(1)Z′ 전하 Qζ=±1을 갖는 벡터-유사 상태를 유지함으로써 달성되며, 저에너지 게이지 커플링 데이터와의 일관성을 확보한다.
• 모델은 게이지 커플링 통합과 이상치 자유도를 유지하며, U(1)ζ 대칭은 벡터-유사 상태의 스펙트럼 덕분에 이상치가 없다.
• SM 페르미온과 힉스는 이전의 모델과 다른 할당 방식을 통해 E6 27-펄리티에 포함되며, 실험 제약 조건과 충돌 없이 타당한 싱게트 상태를 허용한다.