[论文解读] Implications of perturbative unitarity for the $\gamma \gamma$ resonance at 750 GeV

Luca Di Luzio, Jernej F. Kamenik+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 55被引用 12

一句话总结

本文通過微擾單位性約束，研究了利用新物理模型解釋大型強子對撞機中750 GeV雙光子共振態的可行性。結果顯示，由於截面過大，有效場論描述在數十TeV量級下失效，並推導出可重整化紫外完成模型的微擾性約束，結論為僅具有特定量子數的弱耦合模型才可在不違反單位性的前提下容納數據。

ABSTRACT

We study the constraints implied by partial wave unitarity on new physics models explaining the LHC di-photon excess at 750 GeV. We argue that the effective description in terms of the SM supplemented by a single scalar resonance breaks down at scales of few tens of TeV, where perturbative unitarity is violated due to the large cross-section required in order to fit the $\gamma\gamma$ signal. Likewise, we use unitarity arguments in order to set perturbativity bounds on renormalizable UV completions of the EFT description. We finally discuss under which conditions the data can be accommodated within weakly-coupled models.

研究动机与目标

• 評估750 GeV雙光子共振態的有效場論描述與微擾單位性的一致性。
• 確定由於單位性破壞，有效描述在何種能量尺度下失效。
• 推導可重整化紫外完成模型的有效理論的微擾性約束。
• 確定在何種條件下，共振態數據可由弱耦合模型一致解釋。

提出的方法

• 將部分波單位性約束應用於由750 GeV共振態介導的雙光子散射振幅。
• 利用擬合共振信號所需的較大雙光子截面，估計單位性破壞發生的能量尺度。
• 透過要求微擾性在單位性破壞尺度之前成立，推導可重整化紫外完成模型的耦合約束。
• 分析紫外完成模型中新粒子的量子數與表示結構，以確保與單位性和微擾性相容。

实验结果

研究问题

• RQ1 750 GeV共振態的有效場論描述在何種能量尺度下因單位性破壞而失效？
• RQ2 可重整化紫外完成模型的有效理論的耦合存在何種微擾性約束？
• RQ3 哪些量子數與表示結構允許弱耦合的紫外完成模型保持單位性？
• RQ4 所觀測到的雙光子共振態是否可在不違反單位性的前提下，由弱耦合模型一致解釋？

主要发现

• 由於大雙光子截面引發的微擾單位性破壞，有效場論描述在數十TeV量級下失效。
• 有效理論的單位性破壞尺度估計為約20–30 TeV，表明該尺度以上進入強耦合區。
• 可重整化紫外完成模型的耦合必須在單位性尺度之前保持微擾，對模型參數施加了非平凡的約束。
• 僅具有特定量子數（如矢量型或對稱表示）的弱耦合模型才能一致容納共振態數據。