[论文解读] On dilatons and the LHC diphoton excess

Eugenio Megías, Oriol Pujolàs+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 26被引用 31

一句话总结

该论文提出了一种在翘曲额外维中具有软墙的模型，自然地实现了作为规范对称性自发性自发性破缺产生的伪戈尔德斯通玻色子的轻标度场。通过调节戈尔茨坦-威尔斯标量的超势能以诱导超缩放，该模型实现了约 2 TeV 的低卡鲁扎-克莱因尺度，并通过了电弱精确测试。结果表明，750 GeV 的标度场可以解释 LHC 的二光子过剩现象，而作为希格斯粒子替身的 125 GeV 标度场则因耦合约束而被排除。

ABSTRACT

We study soft wall models that can embed the Standard Model and a naturally light dilaton. Exploiting the full capabilities of these models we identify the parameter space that allows to pass Electroweak Precision Tests with a moderate Kaluza-Klein scale, around $2$ TeV. We analyze the coupling of the dilaton with Standard Model (SM) fields in the bulk, and discuss two applications: i) Models with a light dilaton as the first particle beyond the SM pass quite easily all observational tests even with a dilaton lighter than the Higgs. However the possibility of a 125 GeV dilaton as a Higgs impostor is essentially disfavored; ii) We show how to extend the soft wall models to realize a 750 GeV dilaton that could explain the recently reported diphoton excess at the LHC.

研究动机与目标

• 构建一个在翘曲额外维中自然产生轻标度场的现实模型，其源于规范对称性的自发性破缺。
• 在保持卡鲁扎-克莱因尺度约为 2 TeV 的同时，确保与电弱精确测试（EWPT）的兼容性。
• 探讨 750 GeV 的标度场是否可解释 Run 1 中 LHC 观测到的二光子共振过剩。
• 通过分析其与标准模型场的耦合，评估轻标度场作为希格斯粒子替身的可行性，特别是 125 GeV 时的情况。

提出的方法

• 采用软墙模型，其中体标量场（戈尔茨坦-威尔斯标量）的超势能引入对径向坐标呈指数依赖的形式，以生成超缩放。
• 在额外维中对规范场和标量场施加狄利克雷边界条件，以确保正确的四维谱和局域化。
• 通过迹异常和规范对称性破缺计算标度场与标准模型规范玻色子及费米子的耦合，耦合强度与粒子质量成正比。
• 通过在 IR 阶面上引入局部动能项，实现径子-希格斯混合，从而控制希格斯质量。
• 对五维作用量和规范场与标量场的卡鲁扎-克莱因模式分解进行完整分析，包括赝标量 KK 模式的推导。
• 利用超缩放区域调节标度场耦合，确保与 EWPT 和层次问题的兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在翘曲额外维模型中，轻标度场能否自然出现，同时与电弱精确测试保持一致？
• RQ2 此类模型中，为维持自然性并避免与实验约束冲突，卡鲁扎-克莱因尺度的最大允许值是多少？
• RQ3 750 GeV 的标度场能否解释 LHC 中观测到的二光子过剩？其对光子耦合增强需要满足什么条件？
• RQ4 考虑到其与标准模型粒子的耦合及精确测量的约束，125 GeV 的标度场是否是可行的希格斯粒子替身？
• RQ5 物质场中规范不变性的显式破缺如何影响标度场耦合以及模型的可行性？

主要发现

• 该模型通过软墙设置中的超缩放机制，实现了约 2 TeV 的低卡鲁扎-克莱因尺度，同时满足电弱精确测试。
• 125 GeV 的标度场作为希格斯粒子替身基本被排除，因其耦合模式与标准模型希格斯粒子的耦合存在显著偏差，即使在 10% 的不确定度范围内亦然。
• 当在规范场中引入额外的规范不变性显式破缺时，750 GeV 的标度场可解释 LHC 的二光子过剩现象，其对光子的耦合被增强。
• 标度场对费米子和规范玻色子的耦合与它们的质量成正比，这与规范对称性破缺的预期一致，但整体耦合强度取决于 SBCI 尺度 f，该尺度可独立于电弱尺度进行调节。
• 在非客守对称模型中，IR 阶面上的局域希格斯场被电弱精确测试所排斥，因此更倾向于采用体希格斯场以保持一致性。
• 只要将卡鲁扎-克莱因尺度保持在约 2 TeV，该模型即可实现自然的轻标度场，其质量可低至 SBCI 尺度的百分之一（即 100 倍以下）。