[论文解读] New indications of the existence of the 6 top-anti-top quark bound states in LHC experiments

C.D. Froggatt, C. R. Das+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2012

International Science and Diplomacy参考文献 5被引用 7

一句话总结

本文提出了一类新的顶-反顶夸克束缚态，称为'T-火球'（Tₛ = 6t+6t̄ 和 T_f = 6t+5t̄），其通过虚Higgs玻色子交换形成，可能解释LHC数据中观测到的稀有10-jet事例以及异常的H→γγ衰变率。该模型预测T-火球的质量分别为约300 GeV（Tₛ）和约700 GeV（T_f），其在H→γγ衰变中的圈图贡献导致理论宽度比为1.46，与CMS和ATLAS的测量结果一致。

ABSTRACT

It was shown: 1) that the mass of the Higgs boson discovered by LHC corresponds to the stability conditions of the SM vacua and to the Multiple Point Principle, according to which all vacua of the SM are degenerate, or almost degenerate; 2) that early predicted by authors new bound states (NBS) of the 6 top and 6 anti-top quarks ("T-fireballs"), which are formed by their intermediate interactions with the Higgs bosons, manifest themselves in the production of multijets in pp-collisions at LHC. The CMS experiment of LHC with the production of 10 jets can be explained by the production of pairs of these NBS along with the production of pairs of the top-anti-top quarks. 3) Also it was shown that the next indication of the possible existence of the NBS can be the decay $H o γγ$, which was observed by CMS-collaboration of LHC. We have considered the contributions of the one-loop diagrams to the width $Γ_{H o γγ}$, taking into account the contributions of the T-fireballs along the contributions of the known SM-particles.

研究动机与目标

• 解释LHC质子-质子碰撞中观测到的稀有10-jet末态，这些事例无法被标准模型过程完全解释。
• 解释CMS和ATLAS观测到的H→γγ衰变宽度增强现象，其超出标准模型预测约50%–80%。
• 研究基于多重点原理和Higgs介导相互作用预测的顶夸克与反顶夸克新稳定束缚态的存在。
• 检验这些束缚态（称为T-火球）是否能解决Higgs玻色子衰变率和喷注产生模式中的差异。

提出的方法

• 将T-火球建模为通过顶夸克之间虚Higgs玻色子交换形成的色单态、自旋单态束缚态，利用大的顶夸克-Yukawa耦合（g_t ~ 1）。
• 应用多重点原理（MPP）约束Higgs和顶夸克质量，确保电弱尺度与普朗克尺度真空简并。
• 计算H→γγ衰变宽度的一圈贡献，包括标准模型粒子（W、H、顶夸克）和新T-火球态（Tₛ、T_f）的振幅。
• 利用LHC（CMS）的实验喷注产生直方图，建模N-jet事例的概率P(N)，外推至N=10，估算P(10) ~ 10⁻⁷。
• 通过振幅干涉拟合总衰变宽度比Γ_exp/Γ_SM：(A_W,H + A_t + A_T_f + A_T_s)² / (A_W,H + A_t)²，其中A_W,H + A_t = 1。
• 假设T-火球质量分别为300 GeV（Tₛ）和700 GeV（T_f），以计算H→γγ的理论预测值。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC质子-质子碰撞中观测到的稀有10-jet末态能否由T-火球的产生来解释？
• RQ2 T-火球是否对H→γγ衰变宽度有显著贡献，从而解决观测到的超过标准模型预测的过剩？
• RQ3 在多重点原理下，稳定的6个顶-反顶夸克束缚态的预测质量与量子数为何？
• RQ4 T-火球贡献的振幅如何与标准模型振幅在H→γγ衰变中发生干涉？
• RQ5 观测到的10-jet事例率（P(10) ~ 10⁻⁷）是否如喷注产生直方图所示，由T-火球的存在而增强？

主要发现

• 基于实验直方图，LHC碰撞中产生10个喷注的概率估计为P(10) ~ 10⁻⁷，表明这是一个稀有过程。
• 质量分别约为300 GeV（Tₛ）和700 GeV（T_f）的T-火球被提议为10-jet末态的主要贡献者，通过质子碰撞中的对产生实现。
• 在H→γγ衰变振幅中包含T-火球贡献后，理论宽度比为1.46，与观测到的CMS值1.56±0.43一致。
• 振幅分析表明，T-火球贡献显著：A_T_f ≈ -0.89，A_T_s ≈ +1.10，其符号与顶夸克振幅相反，导致建设性干涉。
• 该模型预测Higgs玻色子质量约126.4 GeV与多重点原理下的真空简并一致，支持新束缚态的存在。
• 1S束缚态Tₛ = 6t+6t̄由于泡利不相容原理而稳定，因其完全占据顶夸克的6个自旋-色态。