[论文解读] LHC diphoton 750 GeV resonance as an indication of $SU(3)_c imes SU(3)_L imes U(1)_X$ gauge symmetry

A. E. Cárcamo Hernández, Ivan Nišandžić|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 64

一句话总结

本文提出，LHC在750 GeV处的二胶子共振源自$SU(3)_c \times SU(3)_L \times U(1)_X$模型中一个标量三重态的CP-偶分量，其对光子和胶子的耦合通过矢量型费米子介导。当矢量型费米子质量接近1 TeV且耦合常数较强时，该模型可重现观测到的信号强度，同时通过抑制混合保持与精确测量的一致性。

ABSTRACT

The LHC collaborations ATLAS and CMS recently reported on the excess of the events in the diphoton final states at the invariant mass of about $750~ ext{GeV}$. In this article we speculate on the possibility that the excess arises from the neutral CP-even component $ϕ$ of the scalar triplet $ Φ$ of the $SU(3)_{c} imes SU(3)_{L} imes U(1)_{X}$ $(3 ext{-}3 ext{-} 1)$ model that has a $U(1)_{X}$ charge equal to $X=-1/3$ and acquires a vacuum expectation value larger than the electroweak symmetry breaking scale. The interactions of the scalar field $ϕ$ to the photon- and gluon-pairs are mediated by the virtual vector-like fermions which appear as components of the anomaly-free chiral fermion representations of the $3 ext{ -}3 ext{-}1$ gauge group.

研究动机与目标

• 解释LHC观测到的750 GeV二胶子共振作为标准模型之外新物理的信号。
• 探讨该共振是否可解释为$SU(3)_L \times U(1)_X$扩展电弱规范群下的中性CP-偶标量。
• 明确矢量型费米子在通过圈图相互作用介导标量对光子和胶子耦合中的作用。
• 通过要求矢量型费米子与标准模型费米子的混合较小，确保模型与实验约束的一致性。

提出的方法

• 该模型基于$SU(3)_c \times SU(3)_L \times U(1)_X$规范群，标量三重态在$SU(3)_L$下变换，并带有$U(1)_X$电荷$X = -1/3$。
• 标量场$\phi$（三重态的CP-偶分量）获得大于电弱尺度的真空期望值。
• 光子和胶子对$\phi$的耦合通过来自$3\text{-}3\text{-}1$群中异常自由手征表示的矢量型费米子圈图介导。
• 在$\sqrt{s} = 13$ TeV下计算了产生截面和二胶子衰变率，其依赖于矢量型费米子的质量和汤川耦合。
• 利用$Z'$玻色子质量及味破坏过程的约束来限制矢量型费米子的混合参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 750 GeV的二胶子共振能否由标准模型的$SU(3)_L \times U(1)_X$扩展中的中性标量解释？
• RQ2 为使$\phi \to \gamma\gamma$和$\phi \to gg$衰变以观测到的速率发生，矢量型费米子需要具备何种性质？
• RQ3 该模型如何在保持与精确电弱测量及$Z'$玻色子约束一致的前提下实现？
• RQ4 标量三重态的$U(1)_X$电荷$X = -1/3$在实现二胶子衰变中起到什么作用？

主要发现

• 750 GeV的二胶子信号可通过$3\text{-}3\text{-}1$模型中$U(1)_X$电荷$X = -1/3$的标量三重态的CP-偶分量$\phi$解释。
• 当矢量型费米子具有约1 TeV的共同质量及1.5–2.5量级的汤川耦合时，可重现观测到的信号强度。
• 模型预测矢量型费米子必须与标准模型费米子保持较小的混合，以满足精确约束。
• 该模型中$Z'$规范玻色子的质量估计约为2.5 TeV，与当前LHC限制一致。
• 在13 TeV LHC下，$\phi$的总产生截面在所选参数区域内与ATLAS和CMS的联合测量结果相兼容。