[论文解读] Interpreting 750 GeV diphoton resonance as degenerate Higgs bosons in NMSSM with vector-like particles

Fei Wang, Wenyu Wang+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 28, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文提出，LHC 数据中观测到的 750 GeV 二光子共振源自一个带有矢量型费米子的扩展 NMSSM 中两个几乎简并的单态型希格斯玻色子（h₂ ≈ a₁ ≈ 750 GeV）。该模型通过圈图诱导的二光子衰变解释了该过量，并预测了向暗物质类态的显著隐形衰变，从而在 LHC 中产生可检验的单 jet 签名。

ABSTRACT

In this work, we explain the 750 GeV diphoton resonance in the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model (NMSSM) by introducing vector-like particles. Such an extension is well motivated from the top-down view since some grand unified theories usually predict the existence of singlet scalars and vector-like particles at weak scale. In our model, the 750 GeV resonance can be interpreted as two nearly degenerate singlet-like Higgs bosons (mh2 ≈ ma1 ≈ 750 GeV). Under the constraints from the LHC data and dark matter experiments, we scan the parameter space and find that such a model can successfully account for the 750 GeV diphoton excess. Besides, we find that the two 750 GeV Higgs bosons h2 and a1 can sizably decay to � 0 � 0 invisibly. Therefore, search for the monojet events through the process gg → h2/a1(→ � 0 � 0 )j can further test our scenario at

研究动机与目标

• 通过扩展的次最小超对称标准模型（NMSSM）解释 LHC 运行 2 数据中观测到的 750 GeV 二光子共振。
• 引入受大统一理论启发的矢量型费米子以稳定模型并实现共振的解释。
• 在 LHC 数据和暗物质实验的约束下解释该共振。
• 探讨 750 GeV 态向暗物质类粒子显著隐形衰变的可能性。

提出的方法

• 将矢量型费米子引入 NMSSM，以扩展标量 sector，并促进约 750 GeV 处两个几乎简并的单态型希格斯玻色子（h₂ 和 a₁）的形成。
• 构建一个标量势，使得两个希格斯态（h₂ 和 a₁）的质量 ≈750 GeV 且质量分裂极小。
• 通过顶夸克和矢量型费米子圈图计算二光子衰变宽度，以匹配观测到的二光子过量。
• 在假设 Z₂ 类对称性的前提下，评估 h₂ 和 a₁ 向暗物质类态（ϕ₀ϕ₀）的隐形衰变分支比。
• 在 LHC 二光子数据、暗物质丰度和直接探测限制的约束下，对参数空间进行扫描。
• 分析通过胶子融合过程产生 h₂/a₁ 并随后隐形衰变为 ϕ₀ϕ₀ 的单 jet 签名，预测 LHC 中可观测的信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 在包含矢量型费米子的扩展 NMSSM 中，两个几乎简并的单态型希格斯玻色子是否能一致地解释 750 GeV 二光子共振？
• RQ2 哪些可行的参数区域满足 LHC 二光子数据和暗物质约束？
• RQ3 750 GeV 希格斯态向暗物质类态的隐形衰变程度如何？
• RQ4 gg → h₂/a₁ → ϕ₀ϕ₀j 通道是否能在 LHC 中为该情景提供互补的检验？

主要发现

• 在扩展的 NMSSM 框架下，750 GeV 二光子共振可通过两个几乎简并的希格斯玻色子 h₂ 和 a₁（质量均 ≈750 GeV）成功解释。
• 该模型通过涉及顶夸克和矢量型费米子的圈图衰变，成功再现了观测到的二光子过量。
• h₂ 和 a₁ 向暗物质类态 ϕ₀ϕ₀ 的隐形分支比显著（最高可达百分之几十），表明其具有可观测的隐形衰变通道。
• 通过 gg → h₂/a₁ → ϕ₀ϕ₀j 产生的单 jet 签名在 LHC 中可被观测，为该模型提供了关键的实验检验手段。
• 满足 LHC 二光子数据、暗物质丰度和直接探测约束的参数空间是可行且非平凡的。
• 引入矢量型费米子为模型提供了来自大统一理论的自上而下的理论动机，增强了模型的理论一致性。