[论文解读] Pseudoscalar Gluinonia to 750 GeV LHC Diphotons

C. T. Potter|arXiv (Cornell University)|Jan 3, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用 18

一句话总结

本文提出，ATLAS与CMS观测到的750 GeV二光子过剩现象，可通过强子相互作用形成的赝标量胶球束缚态（即两个胶子的束缚态，质量≈380 GeV）来解释。该模型要求信号强度相比标称预测增强40倍，通过假设波函数在原点处被低估实现，并通过一系列具有不同结合能的径向激发态重现了观测到的40 GeV宽度。

ABSTRACT

Interpreting the diphoton mass excesses near 750~GeV reported by ATLAS and CMS as pseudoscalar gluinonia, bound states of two gluinos, we perform a scan in Next-to-Minimal Supersymmetry parameter space, fixing $m_{ ilde{g}}\approx 380$~GeV and identifying an experimentally viable point. We generate events with this point, perform fast simulation, and carry out an analysis modeled on the ATLAS search which reproduces features of the diphoton excess. This interpretation requires an enhancement of the signal strength above the nominal rate found in the literature and neglecting the gaugino mass unification constraint $M_{3}\approx 3M_{2}$.

研究动机与目标

• 使用赝标量胶球（两个胶子的束缚态）解释ATLAS与CMS观测到的750 GeV二光子过剩现象。
• 识别一个可行的次最小超对称（NMSSM）基准点，其胶子质量较轻（≈380 GeV），且可避开现有LHC排除限。
• 通过快速模拟与ATLAS类似分析，重现二光子过剩的关键特征，尤其是较宽的宽度（≈40 GeV）与信号强度。
• 研究标称预测之外的大幅信号强度增强是否必要，并探讨该增强可能的起源。

提出的方法

• 使用NMSSMTools4在NMSSM参数空间中进行扫描，固定$ m_{\tilde{g}} \approx 380 $ GeV，并放松规范玻色子质量统一约束$ M_3 \approx 3M_2 $，以允许胶子质量较轻。
• 使用Pythia8生成基准点$\tilde{g}_{380}$的事件，模拟胶子对产生及后续胶球束缚态的形成。
• 使用Delphes3.2.0结合ATLAS配置文件进行快速探测器模拟，以建模$\sqrt{s} = 13$ TeV下的探测器响应。
• 重现ATLAS二光子搜索的选择标准：$|\eta_\gamma| < 2.37$，光子隔离（$E_{\text{cal}}^{0.4}/E_\gamma < 0.022$），以及横向能量阈值（$E_T^\gamma > 30$ GeV，其中至少一个>40 GeV）。
• 使用双侧Crystal Ball函数拟合二光子质量谱，并与背景过程（$qq\rightarrow\gamma\gamma$，$qg\rightarrow q\gamma\gamma$，$gg\rightarrow\gamma\gamma$）进行比较。
• 评估信号效率（≈40%），并使用CheckMATE将结果与ATLAS/CMS排除限进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 质量约为380 GeV的赝标量胶球能否解释ATLAS与CMS观测到的750 GeV二光子过剩？
• RQ2 为重现观测到的过剩，$pp \rightarrow G_1 \rightarrow \gamma\gamma$的信号强度需增强多少倍？
• RQ3 胶球的径向激发态如何贡献于观测到的较宽宽度（≈40 GeV）？
• RQ4 为何标称的胶球信号强度不足？何种机制可解释该缺失的增强？

主要发现

• 在假设40%信号效率的前提下，为重现750 GeV二光子过剩，模型要求信号强度$\sigma_{pp\rightarrow G_1} \times BR(G_1\rightarrow\gamma\gamma)$增强40倍。
• 通过一系列结合能不同的胶球态（$E_b^n = E_b^1 / n^2$，其中$E_b^1 \approx 20$ GeV为基态）的谱，成功重现了约40 GeV的宽二光子共振宽度。
• 所有径向激发态的总截面为$\sigma \approx 1.2\sigma_1$，其中$\sigma_1 \approx 4$ pb（在$\sqrt{s} = 14$ TeV下），采用窄宽度近似。
• 标称信号强度约为0.2 fb，需增强约40倍才能达到观测值≈8 fb，其中约×10的增强归因于未知机制，×4的增强归因于波函数不确定性。
• 当放松规范玻色子质量统一约束$M_3 \approx 3M_2$时，基准点$\tilde{g}_{380}$可满足LHC Run 2的约束条件。
• 在完整选择标准下，模拟的二光子谱与ATLAS数据一致，拟合宽度约为40 GeV，且信号加背景的拟合结果与观测过剩一致。