[论文解读] Minimal Left-Right Symmetry Confronted with the 750 GeV Di-photon Excess at LHC

Arnab Dasgupta, Manimala Mitra+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 32

一句话总结

本文研究了大型强子对撞机（LHC）观测到的750 GeV双光子衰变过剩是否可在最小左-右对称模型（MLRSM）中得到解释。研究发现，最小MLRSM由于产生和衰变率不足，无法解释观测到的10 fb双光子截面。然而，通过引入向量型费米子并采用通用 seesaw 机制扩展模型，可增强截面，但该模型仍无法同时重现约50 GeV的显著观测衰变宽度。

ABSTRACT

The recent results of 13 TeV ATLAS and CMS di-photon searches show an excess at di-photon invariant mass of 750 GeV. We look for possible explanation of this within minimal left right symmetric model (MLRSM). The possible candidate is a neutral Higgs of mass 750 GeV that can decay to di-photon via charged Higgs and right handed gauge boson loop. However, the cross-section is not consistent with the ATLAS and CMS results. We then discuss one possible variation of this model with universal seesaw for fermion masses that can explain this excess.

研究动机与目标

• 检验ATLAS与CMS实验观测到的750 GeV双光子共振是否可在最小左-右对称模型（MLRSM）中得到解释。
• 评估来自右手向规范三重态的中性希格斯玻色子是否可作为750 GeV共振态的候选者。
• 探索MLRSM能否同时重现观测到的双光子截面（约10 fb）与衰变宽度（约50 GeV）。
• 研究通过引入向量型费米子与通用 seesaw 机制扩展的MLRSM，以增强信号。
• 确定此类扩展是否能调和观测信号与混合及耦合的实验约束。

提出的方法

• 对固定右手标度 $v_R$ 的MLRSM标量势进行参数扫描，变化无量纲耦合 $\alpha_1, \alpha_2$。
• 通过涉及带电希格斯与 $W_R$ 玻色子的圈图过程，计算 $\sigma(pp \to H^0_2 \to \gamma\gamma)$ 的产生截面。
• 应用来自LHC数据的中性与带电标量质量实验约束，以限制可行参数空间。
• 在MLRSM中引入向量型夸克与轻子，以增强750 GeV标量的产生与衰变宽度。
• 利用通用 seesaw 机制，通过与重向量型费米子混合生成标准模型费米子质量。
• 评估费米子混合角与质量对双光子衰变宽度与总截面的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 最小左-右对称模型（MLRSM）能否通过来自 $\Delta_R$ 三重态的中性希格斯解释750 GeV双光子过剩？
• RQ2 MLRSM中 $H^0_2$-$H^0_0$ 混合与标量耦合的约束如何影响双光子截面？
• RQ3 在MLRSM中引入向量型费米子是否可增强双光子截面以匹配观测到的约10 fb信号？
• RQ4 在扩展的MLRSM中，是否可能同时重现观测到的双光子截面与大衰变宽度（约50 GeV）？
• RQ5 电弱精确测量约束与费米子质量生成机制如何影响扩展模型的可行性？

主要发现

• 最小MLRSM无法解释750 GeV双光子过剩，因为预测的双光子截面始终低于1 fb，远低于观测到的10 fb。
• 在最小模型中，当无量纲参数 $\alpha = \alpha_1 = \alpha_2$ 取极大值时，截面最大可达约1 fb，但该值受 $H^0_0$-$H^0_2$ 混合约束为 $\alpha \leq 0.3M_{H^0_2}/k_1$。
• 即使施加标量质量的实验下限，应用混合约束后，总截面仍低于1 fb。
• 在允许的参数空间中，中性标量 $H^0_2$ 可实现约50 GeV的衰变宽度，与LHC观测一致。
• 通过通用 seesaw 机制引入向量型费米子可增强双光子截面，但该模型仍无法重现完整的观测信号宽度。
• 若未来能同时确认10 fb截面与约50 GeV宽度，将需要在当前模型框架之外进一步扩展。