[论文解读] 750 GeV Diphoton Excess from Cascade Decay

Fa Peng Huang, Chong Sheng Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 52

一句话总结

本文提出了一种简化模型，通过涉及中间态的级联衰变机制，解释了ATLAS和CMS在750 GeV处观测到的双光子过剩现象。该模型预测了四光子信号，并解释了1.6 TeV双光子偏离（2.8σ），同时提供了与第一轮和第二轮数据相容的可行暗物质候选者。

ABSTRACT

Motivated by the recent 750 GeV diphoton excess observed by the ATLAS and CMS collaborations, we propose a simplified model to explain this excess. Model-independent constraints and predictions on the allowed couplings for generating the observed diphoton excess are studied in detail, and the compatibility between Run 1 and Run 2 data is considered simultaneously. We demonstrate that the possible four photon signal can be used to test this scenario, and also explain the interesting deviation for a diphoton mass of about 1.6 TeV by ATLAS, where the local significance is 2.8 $\sigma$. Meanwhile, this scenario also provides us with the dark matter candidates.

研究动机与目标

• 解释ATLAS和CMS在第一轮数据中观测到的750 GeV双光子过剩现象。
• 将观测到的过剩与第二轮数据相协调，确保两组数据的一致性。
• 预测四光子末态作为所提模型的可测试信号。
• 解释ATLAS观测到的1.6 TeV双光子偏离（局部显著性为2.8σ）。
• 在模型框架内识别可行的暗物质候选者。

提出的方法

• 构建一个简化模型，其中重标量或伪标量共振态通过中间粒子级联衰变为两个光子。
• 对允许的耦合施加模型无关的约束，以确保与观测到的双光子共振态一致。
• 同时评估该模型与第一轮和第二轮数据的兼容性，以检验其稳健性。
• 推导出该模型在四光子末态中的预测，作为关键可测试信号。
• 将模型扩展以包含自然来自同一作用域的暗物质候选者。
• 将理论预测与ATLAS观测到的1.6 TeV双光子过剩进行比较，以评估一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 级联衰变机制能否解释第一轮数据中观测到的750 GeV双光子过剩？
• RQ2 所提出的模型是否与ATLAS和CMS的第一轮和第二轮数据一致？
• RQ3 该模型是否预测了可测量的四光子信号，可在大型强子对撞机（LHC）上进行检验？
• RQ4 该模型能否解释ATLAS观测到的1.6 TeV双光子偏离（2.8σ显著性）？
• RQ5 是否存在自然从同一模型作用域中产生的可行暗物质候选者？

主要发现

• 涉及中间态的级联衰变机制成功解释了第一轮数据中观测到的750 GeV双光子过剩现象。
• 该模型与第一轮和第二轮数据均一致，支持其在不同亮度条件下的可行性。
• 预测了四光子末态作为独特信号，为未来LHC搜索提供了可测试的通道。
• 该模型为ATLAS观测到的1.6 TeV双光子偏离（局部显著性2.8σ）提供了自然解释。
• 该模型整合了来自同一基础作用域的暗物质候选者，增强了其理论吸引力。
• 以模型无关方式推导出对耦合的约束，确保了广泛适用性和稳健性。