[论文解读] Indications for extra scalars at LHC? -- BSM physics at future $e^+e^-$ colliders

François Richard|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 29被引用 8

一句话总结

本文回顾了LHC数据中寻找标准模型之外额外标量共振态的证据，提出了一种具有伪Nambu-Goldstone玻色子的复合希格斯框架。文中强调了在~700 GeV处ZZ → 4轻子道中可能存在信号，以及在~400 GeV附近存在一个CP奇标的标量，表明未来$e^+e^-$对撞机对于检验这些异常现象至关重要。

ABSTRACT

This paper intends to collect available data on searches for scalar resonances at LHC. It is suggested that, in the absence of SUSY, the most compelling picture is the composite framework, with the idea that the lightest particles are composite scalars of the pseudo-Nambu-Goldstone type, emerging from a broken symmetry at a higher scale, the h(125) boson being one of them. Searches in two-photons, Z-photon, ZZ into 4 leptons, top, h and W pairs are reviewed. A recent search based on lepton tagging from a spectator W/Z is also discussed. Aside from the already well-known scalar observed by CMS and LEP2 at 96 GeV, I discuss the evidence and the interpretation for a possible resonance observed in ZZ around 700 GeV by CMS and ATLAS and some evidence for a CP-odd scalar at ~400 GeV. Future searches at HL-LHC and at $e^+e^-$ colliders are briefly sketched.

研究动机与目标

• 评估LHC数据中来自二玻色子和顶夸克衰变道的新标量共振态的实验迹象。
• 评估具有伪Nambu-Goldstone玻色子的复合希格斯情景作为新标量基本机制的可行性。
• 识别并解释在~700 GeV处ZZ → 4轻子道中的潜在共振信号以及在~400 GeV附近的CP奇标量。
• 概述未来$e^+e^-$对撞机在探测这些异常现象方面的物理潜力。
• 为在缺乏超对称性的情况下解释缺失信号提供一个现象学框架。

提出的方法

• 系统回顾LHC在以下末态中的搜索结果：两光子、Zγ、ZZ → 4轻子、顶夸克对以及W玻色子对。
• 整合近期对伴随W/Z玻色子的轻子标记分析，以增强对新共振态的探测灵敏度。
• 应用有效场论技术来模拟复合标量动力学和自发对称性破缺。
• 利用不变质量分布识别400–700 GeV范围内的潜在共振峰。
• 将观测到的信号与标准模型预期进行比较，以评估显著性与一致性。
• 基于LHC异常现象，预测未来$e^+e^-$对撞机的发现潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC数据中是否存在超越125 GeV希格斯玻色子的新标量共振态的证据？
• RQ2 在~700 GeV处ZZ → 4轻子道中观测到的异常是否可解释为一种新标量共振态？
• RQ3 在复合希格斯框架下，是否存在对~400 GeV附近潜在CP奇标量共振态的合理解释？
• RQ4 这些异常现象如何约束或支持强相互作用动力学与伪Nambu-Goldstone玻色子模型？
• RQ5 未来$e^+e^-$对撞机对这些提议的共振态的预期发现能力如何？

主要发现

• 在CMS和ATLAS数据中均观测到ZZ → 4轻子末态中约700 GeV处的共振信号，联合显著性表明可能存在一种新标量。
• 报告了在~400 GeV附近存在CP奇标量共振态的证据，但其显著性低于700 GeV信号。
• CMS和LEP2观测到的96 GeV共振态与复合框架中的已知伪Nambu-Goldstone玻色子一致。
• LHC中未观测到超对称信号，进一步支持了具有轻复合标量的复合希格斯模型。
• 未来$e^+e^-$对撞机被确认为对700 GeV和400 GeV共振态假设进行高精度测量的关键工具。
• 来自伴随W/Z玻色子的轻子标记技术提高了对新共振态的探测灵敏度，尤其在多重轻子末态中。