[论文解读] LHC diphotons from electroweakly pair-produced composite pseudoscalars

James M. Cline, Zuowei Liu|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 64

一句话总结

该论文提出，复合伪标量——一种新型束缚规范理论中带电重费米子的束缚态——可通过Drell-Yan过程成对产生，并衰变为二光子，从而解释ATLAS和CMS观测到的750 GeV二光子过剩。该模型还预测了其他信号，如四光子事例、同号二轻子、多喷射末态，以及一个质量约为~N_c × 375 GeV的中性暗物质候选者。

ABSTRACT

Motivated by excess diphoton events reported by ATLAS and CMS, we show that composite pseudoscalars, bound states of heavy fermions under a new confining gauge theory, can be pair-produced by Drell-Yan production if the constituent particles are electrically charged. The decays of these pion-like bound states into two photons can explain the observed events near 750 GeV. The model predicts that there should be significant numbers of 4-photon events from decays of the pseudoscalar pairs, as well as same-sign dilepton pairs at a somewhat lower invariant mass, or multijet signals, coming from decays of charge-2 pseudoscalars. These states and their decays are necessary for avoiding stable charged baryon-like relics in the new confining sector. A neutral baryon-like dark matter candidate of mass $\sim N_c imes 375$ GeV is a further prediction of the model, for SU($N_c$) confining gauge group.

研究动机与目标

• 解释ATLAS和CMS在LHC数据中观测到的750 GeV二光子共振。
• 探讨复合伪标量作为该过剩的动力学解释的可行性。
• 预测由相同基本物理机制引发的额外对撞机信号，如四光子和同号二轻子事例。
• 通过确保新束缚规范区中不存在稳定带电的强子样遗迹，解决宇宙学稳定性问题。
• 预测来自复合区的中性暗物质候选者，其质量与~N_c × 375 GeV成比例。

提出的方法

• 将复合伪标量建模为在新型束缚SU(N_c)规范群下带电重费米子的束缚态。
• 应用Drell-Yan产生机制，以在LHC中生成成对的伪标量。
• 通过包含带电组分的圈图动力学，计算伪标量衰变为两光子的宽度。
• 分析带电伪标量衰变为同号二轻子和多喷射末态的衰变道，特别是电荷为±2的伪标量。
• 通过要求不存在稳定带电强子态，确保与宇宙学约束的一致性。
• 推导出中性暗物质候选者的质量为~N_c × 375 GeV，其来源于束缚区中的强子束缚态。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过Drell-Yan过程产生的复合伪标量能否解释LHC中观测到的750 GeV二光子过剩？
• RQ2 在此模型中，除了二光子共振外，还应伴随哪些额外的对撞机信号，如四光子或同号二轻子事例？
• RQ3 带电伪标量的性质，包括其衰变为二轻子和多喷射末态，如何约束该模型？
• RQ4 束缚规范群的秩（N_c）在决定中性暗物质候选者质量方面起什么作用？
• RQ5 该模型如何防止早期宇宙中形成稳定带电强子样遗迹？

主要发现

• 通过Drell-Yan过程产生的复合伪标量可衰变为两光子，为750 GeV二光子过剩提供可行解释。
• 该模型预测了大量来自伪标量对衰变的四光子事例，为实验验证提供了独特信号。
• 同号二轻子对预计出现在低于二光子峰的不变质量处，源于带电伪标量的衰变。
• 电荷为2的伪标量衰变会预测多喷射末态，为实验提供更多探测手段。
• 该模型通过存在可衰变的带电伪标量，自然避免了稳定带电强子样遗迹的形成，从而避免了宇宙学问题。
• 预测了一个质量约为~N_c × 375 GeV的中性暗物质候选者，其来源于束缚区中的强子束缚态。