[论文解读] A Higgcision study on the 750 GeV Di-photon Resonance and 125 GeV SM Higgs boson with the Higgs{Singlet Mixing

Kingman Cheung, Pyungwon Ko+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 24, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用 14

一句话总结

本文提出一种规范单极标量玻色子与标准模型（SM）希格斯玻色子混合的机制，以解释大型强子对撞机（LHC）观测到的750 GeV双光子共振。通过将单极标量与向味费米子耦合，该模型在不违背SM希格斯数据的前提下，解释了该共振态较大的双光子衰变宽度和较高的产生截面，为标准模型提供了一个可行的拓展。

ABSTRACT

We interpret the potential observation of the 750 GeV di-photon resonance at the LHC in models, in which an SU(2) isospin-singlet scalar boson mixes with the Standard Model (SM) Higgs boson through an angle . Allowing the singlet scalar boson to have renormalizable couplings to vectorlike leptons and quarks, we can explain the large production cross section (H2) B(H2! ) as well as the apparent large total width of the boson without conicts from the results obtained by previous global ts to the SM Higgs boson data.

研究动机与目标

• 通过SM希格斯玻色子与标量单极的混合，解释LHC观测到的750 GeV双光子共振。
• 在不违背现有SM希格斯数据全局拟合的前提下，解释该共振态较大的产生截面和总宽度。
• 探讨单极标量与向味轻子/夸克之间可重整化的耦合在稳定模型现象学中的作用。
• 评估单极-希格斯混合框架在同时容纳750 GeV共振态与精确SM希格斯测量方面的可行性。

提出的方法

• 引入一个SU(2)同位旋单重态标量玻色子，通过混合角与SM希格斯玻色子发生动力学混合。
• 引入单极与向味夸克和轻子之间的可重整化耦合，以增强其产生和衰变宽度。
• 利用混合角和费米子耦合强度调节共振态的产生截面和分支比。
• 对SM希格斯数据进行全局拟合，以约束混合参数并确保与现有精确测量的一致性。
• 计算750 GeV态的双光子衰变宽度，表明其可通过向味费米子的圈图贡献变得较大。
• 评估模型与LHC数据中对希格斯信号强度和总宽度的实验限制的兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个与SM希格斯玻色子混合的单极标量玻色子是否能在不违反SM希格斯数据约束的前提下，解释750 GeV双光子共振？
• RQ2 向味费米子耦合如何影响750 GeV共振态的产生截面和总宽度？
• RQ3 为重现观测到的双光子衰变率，所需的混合角和耦合强度是多少？
• RQ4 在SM希格斯数据的全局拟合下，该模型是否可行，特别是关于信号强度和总宽度？
• RQ5 该模型能否自然地同时解释较大的双光子宽度和较高的产生截面？

主要发现

• 该模型通过向味费米子与单极标量耦合的圈图贡献，成功解释了750 GeV共振态较大的双光子衰变宽度。
• 通过与SM希格斯的混合以及费米子耦合，该共振态的产生截面可增强至观测水平。
• 该模型与SM希格斯数据的全局拟合保持一致，因为混合和耦合并未显著改变SM希格斯的信号强度。
• 由于主要衰变通道为向味费米子，750 GeV态的总宽度可较大，且不与实验限制冲突。
• 混合角和费米子耦合强度受到约束，使得该模型避免与精确希格斯测量产生张力。
• 该框架为标准模型提供了一个可行的拓展，可在不引入精细调节或单极与向味费米子之外的新物理的前提下，容纳750 GeV共振态。