[论文解读] Diphoton excess at 750 GeV: Singlet scalars confront naturalness

Indrani Chakraborty, Anirban Kundu|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

该论文提出，750 GeV 的双光子过剩信号源于一组近简并的规范 singlet 标量粒子，其通过涉及向量型费米子的圈图过程衰变，自然地解释了共振态的宽宽度。此外，该模型通过抑制希格斯势中的二次发散，解决了层次问题，并表明观测数据唯一地确定了 singlet 四次耦合，从而在微扰自然性框架内构建了一个完全受约束的理论体系。

ABSTRACT

We suggest that the recently observed diphoton excess at 750 GeV comes from a quasi-degenerate bunch of gauge singlet scalars produced and decaying through one or more vector-like fermions. This explains the broad nature of the resonance, even though the decay is loop-mediated. At the same time, the model keeps the new Yukawa couplings in the perturbative region, which is necessary for the stability of the potential. The interesting part is that such a model of singlet scalars and vector fermions can effectively address the fine-tuning problem, keeping the quadratic divergences at a manageable level. If one demands the cancellation of quadratic divergences, the data can completely specify the model, including the singlet quartic coupling that has no other way of being probed. We show the typical parameter space of such a model taking all these considerations into account.

研究动机与目标

• 通过多 singlet 标量场的结构解释 LHC 数据中观测到的 750 GeV 宽双光子共振态。
• 通过抑制希格斯势中的二次发散，解决该共振态背景下的精细调节问题。
• 表明观测到的双光子数据可唯一确定原本无法通过其他手段测量的 singlet 四次耦合常数。
• 构建一个在微扰性、稳定性、自然性与实验约束下均一致的理论模型。

提出的方法

• 假设一组近简并的规范 singlet 标量粒子作为衰变为双光子的共振态。
• 引入向量型费米子，通过圈图过程介导双光子衰变，即使在圈图抑制下也能实现宽宽度。
• 通过对称性或场内容设计机制，实现二次发散的抵消，确保自然性。
• 利用二次发散抵消的条件约束模型参数，特别是 singlet 四次耦合常数。
• 在微扰性、自然性与观测到的双光子信号的联合约束下，对参数空间进行扫描。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有向量型费米子的多 singlet 标量模型能否解释 750 GeV 处的宽双光子共振态？
• RQ2 该模型如何通过抑制希格斯势中的二次发散来实现自然性？
• RQ3 双光子数据在多大程度上能唯一确定原本不可直接测量的 singlet 四次耦合常数？
• RQ4 在微扰性、自然性与观测信号的联合约束下，该模型的可行参数空间如何？

主要发现

• 750 GeV 的双光子共振态可通过一组近简并的规范 singlet 标量粒子，通过涉及向量型费米子的圈图过程衰变来解释。
• 引入向量型费米子后，即使在圈图抑制下，也能实现宽共振宽度，与观测信号一致。
• 该模型通过有效抵消二次发散，稳定了希格斯势对大量子修正的敏感性，从而实现自然性。
• 二次发散抵消的要求唯一地确定了 singlet 四次耦合常数，使其完全由双光子数据约束。
• 该模型的可行参数空间因微扰性、自然性与共振态性质的相互作用而受到显著限制。