[论文解读] A new proposal for diphoton resonance from $E_6$ motivated extra $U(1)$

Kasinath Das, Tianjun Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文提出，LHC在750 GeV处观测到的二胶子共振可能源于质量接近750 GeV的成对产生矢量型下型夸克（xd），这些夸克衰变为标准模型夸克与一个单态标量粒子；随后该标量粒子衰变为两个光子。该模型基于E6大统一理论，预测在2γ+2j末态中存在相关联的二胶子共振，以及在4j末态中存在两个二胶子共振，其截面比二胶子信号大约100倍，为LHC提供了可检验的信号。

ABSTRACT

We propose that the diphoton resonance signal indicated by the recent LHC data might also arise from the pair productions of vector-like heavy down-type quarks with mass around $750$ GeV and above. The vector-like quark decays into an ordinary light quark and a Standard Model singlet scalar. The subsequent decay of scalar singlet produces the diphoton excess. Both the vector-like quark and singlet scalars appear naturally in the $E_6$, and their masses can be in the TeV scale with a suitable choice of symmetry breaking pattern. The prediction of such a proposal would be to see an accompanying dijet signal at the same mass with similar cross section in the $2γ+ 2j$ final state and two dijet resonances at the same mass for a $4j$ final state with a cross section, about 100 times larger. Both predictions can be tested easily as the luminosity accumulates in the upcoming runs of the LHC.

研究动机与目标

• 通过一种标准模型之外的机制，解释LHC数据中观测到的750 GeV二胶子共振。
• 提出一种新的二胶子共振产生通道，即通过矢量型下型夸克（xd）的成对产生，而非通过环图介导的标量产生。
• 在E6大统一理论框架下，检验该机制的可行性，包括自然的粒子内容和量子数。
• 预测额外可观测信号——在2γ+2j和4j末态中的二胶子共振，这些信号可由未来LHC数据检验。
• 提供一种可避开当前基于SM规范玻色子衰变限制的矢量型夸克新搜索通道。

提出的方法

• 该模型基于一个额外的U(1)'规范对称性的E6大统一理论，该对称性在TeV尺度破缺，留下一个剩余的U(1)对称性。
• 矢量型下型夸克（xd）是色三重态且为SU(2)L单重态，电荷为-1/3，在E6的27重表示中自然出现。
• 单态标量粒子也属于E6谱系，由成对产生的xd夸克通过强相互作用主导的衰变产生。
• 二胶子末态来自标量单重态通过涉及矢量型费米子的环图衰变，振幅因多代贡献而增强。
• 该模型采用一种对称性破缺模式，使标量质量稳定在xd夸克质量附近，从而实现共振产生。
• 对二胶子、2γ+2j和4j末态的唯象学截面进行了计算，预测基于Yukawa耦合和质量参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 750 GeV二胶子共振是否可通过矢量型下型夸克（xd）的成对产生而非环图介导的标量产生来解释？
• RQ2 该机制在LHC的多胶子和二胶子末态中具有哪些独特信号特征？
• RQ3 E6大统一理论如何自然容纳具有适当量子数的所需矢量型夸克和标量单重态？
• RQ4 二胶子截面对模型参数（如标量真空期望值和矢量型夸克质量）施加了何种约束？
• RQ5 该模型能否作为具有非微扰Yukawa耦合的现有U(1)'-模型的可行替代方案？

主要发现

• 该模型通过约750 GeV处的xd夸克成对产生解释了二胶子过量，随后衰变为一个轻夸克和一个750 GeV的标量单重态。
• 标量单重态通过涉及矢量型费米子的环图衰变为两个光子，产生观测到的二胶子共振。
• 该模型预测在2γ+2j末态中存在一个与二胶子共振相同质量的二胶子共振，其截面与二胶子信号相当。
• 在4j末态中，预测存在两个相同质量的二胶子共振，其截面约为二胶子截面的100倍。
• 参数空间广泛，特别是当存在多个轻的矢量型轻子时，可容纳观测到的3–10 fb的二胶子截面。
• 通过xd成对产生的新产生通道为矢量型夸克提供了互补且可能更易探测的搜索模式，与当前基于SM衰变的限制不同。