[论文解读] Interpreting $750$ GeV Diphoton Excess with R-parity Violating Supersymmetry

Ran Ding, Li Huang+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 76

一句话总结

该论文提出了一种轻子R-奇偶性破坏的超对称模型，其中750 GeV双光子过剩现象由夸克-反夸克湮灭产生的右型中微子共振态所解释。通过选择模型中轻子超伴粒子的三线软项在圈图中增强双光子衰变宽度，成功地用CMS数据拟合了该现象，其中超tau子和超mu子质量位于375–410 GeV之间（对于重电弱ino为375–480 GeV），而ATLAS数据由于宽度约束被排除。

ABSTRACT

We propose an supersymmetric explanation of the diphoton excess in the Minimal Supersymmetric Standard Model with the leptonic R-parity violation. Where the sneutrino serves as the 750 GeV resonance and produced through quark anti-quark annihilation. With introducing appropriate trilinear soft parameters, we show that the diphoton branching ratio is significantly enhanced compared with the conventional MSSM. The parameter space favored by diphoton excess strongly indicates the mass of smuon and stau fall into the range $375-410$ (375-480) GeV, which depending on the electroweakino masses. In addition, the $R$-parity-violating trilinear couplings involved with second generation quarks are both favored by compatibility of diphoton excess and low-energy constraints.

研究动机与目标

• 在不引入额外的奇异粒子的前提下，解释LHC Run II中ATLAS和CMS观测到的750 GeV双光子过剩现象。
• 探讨R-奇偶性破坏的MSSM是否能产生足够大的双光子分支比以匹配实验数据。
• 识别与LHC及低能约束一致的三线软项和轻子超伴粒子质量的可行参数空间。
• 通过轻子超伴粒子圈图增强双光子衰变，将该模型与传统MSSM区分开来。
• 评估该模型与8 TeV和13 TeV LHC数据的一致性，特别是对二胶子和双光子共振态的影响。

提出的方法

• 将750 GeV共振态识别为R-奇偶性破坏MSSM框架下的第一代右型中微子。
• 利用涉及轻子超伴粒子和带电ino/中性ino的三线软项 $ T_{\tilde{\nu}}^{ijk} $，增强圈图诱导的双光子衰变。
• 通过包含带电轻子超伴粒子和带电ino的单圈图计算双光子衰变宽度，主要贡献来自 $ \tilde{\mu}, \tilde{\tau} $。
• 应用8 TeV二胶子和双光子共振态搜索的约束，以及低能可观测量如 $ A_{FB}^{f} $、$ Q_W(\text{Cs}) $ 和 $ \beta\beta 0\nu $ 衰变的约束。
• 将电弱ino质量固定在350 GeV和800 GeV，以评估允许参数空间的敏感性。
• 通过数值扫描 $ m_{\tilde{\mu}, \tilde{\tau}} $、$ \lambda_2^{ijk} $ 和 $ T_{\lambda_1}^{1jj} $，识别可行区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不引入额外的矢量型费米子的前提下，通过R-奇偶性破坏的MSSM解释750 GeV双光子过剩现象？
• RQ2 涉及轻子超伴粒子的三线软项在增强双光子分支比方面发挥了何种作用，使其超越传统MSSM的贡献？
• RQ3 哪些 $ \lambda_2^{ijk} $ 耦合组合与双光子过剩及低能约束相容？
• RQ4 8 TeV LHC二胶子和双光子搜索约束如何影响该模型的可行性？
• RQ5 该模型是否与8 TeV和13 TeV LHC数据一致，特别是考虑到ATLAS和CMS报告的信号宽度存在差异？

主要发现

• 由于圈图中涉及轻子超伴粒子的大型三线软项，双光子分支比显著高于传统MSSM。
• 该模型成功用CMS双光子过剩数据拟合，信号强度为 $ (6 \pm 3) $ fb，而ATLAS数据因总宽度过大（45 GeV）被排除。
• 预测超tau子和超mu子质量位于375–410 GeV之间（轻电弱ino为375–480 GeV），提供了可检验的强预测。
• 右型中微子的总衰变宽度可达30 GeV（轻电弱ino）或17 GeV（重电弱ino），与CMS观测到的宽度一致。
• $ \beta\beta 0\nu $ 衰变约束严重限制了 $ \lambda_2^{111} $，当 $ m_{\tilde{\chi}^0} = 350 $ GeV时，$ \lambda_2^{111} \leq 0.053 $，从而排除了参数空间的某些区域。
• 涉及第二代夸克的耦合（$ \lambda_2^{122}, \lambda_2^{112} $）更受青睐，因其与8 TeV和13 TeV LHC数据的兼容性更好。