[论文解读] A 750 GeV graviton and the Higgs as a pNGB

Ezequiel Álvarez, Leandro Da Rold+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用 3

一句话总结

该论文提出，ATLAS和CMS观测到的750 GeV二光子过剩可能是两站点模型中的一个大质量自旋-2引力子，其中希格斯粒子为伪Nambu-Goldstone玻色子（pNGB）。pNGB性质抑制了与纵向电弱矢量玻色子的耦合，从而避免了严格的VV衰变约束，而部分复合性则抑制了轻子衰变道。第三代夸克与复合费米子的圈修正可忽略不计，使得参数空间中存在一个自然且广阔的区域，能够重现二光子信号并满足所有实验约束。

ABSTRACT

We study the diphoton excess at 750 GeV reported by ATLAS and CMS, by assuming that it corresponds to a new spin-two resonant state. We model this state as a massive graviton in a two-site model. We show that the very stringent bounds from $VV$ final states can be evaded naturally by considering that the Higgs is a pseudo Nambu-Goldstone boson. In this case the couplings of the graviton to the longitudinal electroweak gauge bosons can be parametrically suppressed. On the other hand, partial compositeness allows to suppress the leptonic channels. We compute loop-induced contributions to the graviton couplings by the presence of the SM third generation of quarks and composite partners of the SM fermions and obtain that they are not important. We find that the diphoton signal and the experimental constraints from other decay channels can be reproduced in a large and natural region of the parameter space of the theory.

研究动机与目标

• 解释ATLAS和CMS观测到的750 GeV二光子共振为一个大质量自旋-2态，避免来自VV末态的严格实验约束。
• 表明希格斯粒子作为伪Nambu-Goldstone玻色子（pNGB）可自然抑制其与纵向电弱规范玻色子的耦合，从而在无需微调的情况下避开VV约束。
• 证明部分复合性可抑制轻子衰变道，进一步提高与实验数据的一致性。
• 计算来自SM第三代夸克和复合费米子的圈修正对引力子耦合的影响，表明在相关参数空间中其影响可忽略不计。

提出的方法

• 将共振态建模为两站点类全息模型中的大质量引力子，其中强相互作用的复合规范破缺全局对称性。
• 假设希格斯粒子源于全局对称性自发破缺的pNGB，从而实现WW和ZZ耦合的自然抑制。
• 利用部分复合性抑制对轻子的耦合，降低轻子末态的分支比。
• 使用维数正则化（D=4−ε）计算引力子-光子和引力子-胶子耦合的单圈修正，包括顶夸克和重费米子伙伴的贡献。
• 在μ = m_X ≈ 750 GeV处对SM费米子进行重正化，在μ = m_{ψ_1} ~ TeV处对复合费米子进行重正化，以避免出现大对数。
• 使用有效耦合C_{\gamma}^{\text{eff}}和C_g^{\text{eff}}，结合圈函数A_G(\tau, \mu)，其中τ < 1（SM）和τ > 1（复合费米子），确保在物理尺度下结果有限。

实验结果

研究问题

• RQ1 750 GeV处的大质量自旋-2共振能否在避开VV末态强约束的前提下，解释二光子过剩？
• RQ2 希格斯粒子的pNGB性质是否能自然抑制其与纵向W和Z玻色子的耦合，从而避免VV衰变约束？
• RQ3 SM第三代夸克和复合费米子的圈修正在多大程度上影响引力子对光子和胶子的耦合？
• RQ4 是否存在一个大而自然的参数空间区域，使得二光子信号与所有其他实验约束可同时满足？
• RQ5 该模型有何可区分的预测，例如σ_{ZZ}、σ_{HH}和σ_{Z\gamma}之间的关联？

主要发现

• pNGB希格斯机制实现了对纵向W和Z玻色子耦合的参数化抑制，自然避开VV衰变约束，无需微调。
• 部分复合性抑制了轻子衰变道，进一步降低分支比，提升与数据的一致性。
• 来自SM顶夸克和复合费米子的引力子-光子耦合单圈修正极小，不会改变所选参数区域中的树图现象学。
• 当C_H ~ 0.5时，复合尺度M_1可低至1–2 TeV；当C_H = 1时，M_1需为4–5 TeV，表明存在自然的参数范围。
• 该模型预测了σ_{ZZ}、σ_{HH}和σ_{Z\gamma}之间的关联，未来测量可检验模型的一致性。
• 有效耦合C_{\gamma}^{\text{eff}}在圈修正下保持稳定，圈函数A_G(\tau, \mu)在τ < 1和τ > 1两种情况下均被正确处理。