[论文解读] $\boldsymbol{SU(3)_{C}\otimes SU(3)_{L}\otimes U(1)_{X}}$ models in view of the $750$ GeV diphoton signal

R. Martı́nez, F. Ochoa+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用 3

一句话总结

本文研究了 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ 模型，作为解释 ATLAS 和 CMS 观测到的 750 GeV 二光子过剩现象的框架。分析了由奇异带电矢量玻色子、带电希格斯玻色子以及顶/底/电子类奇异费米子介导的圈图二光子衰变，表明干涉效应显著改变了产生截面。当奇异夸克质量超过 900 GeV 且 Yukawa 耦合较小时，$\beta = \pm 1/\sqrt{3}$ 和 $\beta = \pm \sqrt{3}$ 的模型在特定质量与耦合约束下可容纳该信号。

ABSTRACT

We analyze the recent diphoton signal reported by ATLAS and CMS collaborations in the context of the $SU(3)_{C}\otimes SU(3)_{L}\otimes U(1)_{X}$ anomaly free models, with a 750 GeV scalar candidate which can decay into two photons. These models may explain the 750GeV signal by means of one loop decays to $γγ$ through charged vector and Higgs bosons, as well as top-, bottom- and electron-like exotic particles that arise naturally from the condition of anomaly cancellations of the $SU(3)_{C}\otimes SU(3)_{L}\otimes U(1)_{X}$ models.

研究动机与目标

• 评估 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ 模型在解释 ATLAS 和 CMS 观测到的 750 GeV 二光子共振态方面的可行性。
• 确定 750 GeV 标量玻色子的二光子衰变是否可通过包含奇异矢量玻色子、带电希格斯玻色子和奇异费米子的圈图实现。
• 评估费米子、矢量玻色子和希格斯贡献之间的干涉效应对二光子产生截面的影响。
• 基于观测到的 6 fb 截面和 45 GeV 宽度，对奇异夸克质量与 Yukawa 耦合等模型参数施加约束。

提出的方法

• 研究采用 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ 规范群，通过标量三重态 $\chi$、$\rho$ 和 $\eta$ 的自发对称性自发破缺，产生具有质量的奇异态。
• 费米子内容由电荷生成元 $Q = T_3 + \beta T_8 + X I$ 中的 $\beta$ 参数决定，考虑 $\beta = \pm \sqrt{3}$ 和 $\pm 1/\sqrt{3}$ 的情形。
• 通过形式因子 $F_0$、$F_{1/2}$ 和 $F_1$ 在一阶圈图水平计算二光子衰变振幅，包含来自奇异费米子 $\psi$、带电矢量玻色子 $K^\pm$ 以及带电希格斯玻色子 $h^{\pm}$ 或 $h^{\pm\pm}$ 的贡献。
• 系统评估圈内不同粒子贡献之间的干涉效应，使用完整的振幅表达式，包括费米子与玻色子贡献之间的符号差异。
• 利用观测到的 6 fb 二光子截面和 45 GeV 宽度施加约束，并结合 LHC 对奇异夸克质量的限制。
• 针对不同 $\beta$ 值和模型变体（A 与 B），生成产生截面 $\sigma(pp \to \xi_\chi \to \gamma\gamma)$ 的数值等高线，变化质量与耦合参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过一阶圈衰变，使 $SU(3)_C \otimes SU(3)_L \otimes U(1)_X$ 模型解释 750 GeV 二光子共振态？
• RQ2 奇异费米子、带电矢量玻色子与带电希格斯玻色子之间的干涉效应对这些模型中二光子产生截面有何影响？
• RQ3 在何种参数范围内，奇异夸克质量与 Yukawa 耦合可重现观测到的 6 fb 截面与 45 GeV 宽度？
• RQ4 为何 $\beta = \sqrt{3}$ 的模型在所考虑的 $\beta$ 选择中表现出最小的 Yukawa 耦合值？
• RQ5 在何种条件下，尽管费米子与希格斯贡献可接受，矢量玻色子贡献的引入仍会排除该模型？

主要发现

• 对于 $\beta = 1/\sqrt{3}$，当奇异夸克质量 $m_T > 900$ GeV 且 Yukawa 耦合 $h/4\pi < 0.5$ 时，模型保持可行，尤其在仅考虑费米子贡献时。
• 对于 $\beta = -1/\sqrt{3}$，当同时包含费米子与带电希格斯贡献时，可在 $m_T > 900$ GeV 条件下找到允许区域，但矢量玻色子贡献会强烈抑制截面。
• 当 $h/4\pi < 0.5$ 且 $m_T > 1.8$ TeV 时，$\beta = \sqrt{3}$ 的模型被排除，主要由于矢量玻色子主导的破坏性干涉。
• $\beta = -\sqrt{3}$ 的模型表现出类似行为，矢量玻色子贡献造成强烈抑制，但当所有贡献均包含时，仍可出现允许区域。
• 干涉效应对矢量玻色子（$K^\pm$）最为显著，其导致最大抑制，而带电希格斯贡献的影响最小。
• 图中绿色（仅费米子）与蓝色（完整圈图）曲线表明，即使单个贡献被排除，完整振幅仍可恢复允许区域，凸显干涉效应的重要性。