[论文解读] Radiative neutrino models in light of diphoton signals

Oleg Antipin, Petar Čuljak+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 56被引用 6

一句话总结

本文研究了两种辐射中微子质量模型——一环与三环模型，以评估其与大型强子对撞机（LHC）中暗示的750 GeV双光子共振的相容性。结果表明，两种模型均可通过其各自的新物理（BSM）领域中的重标量场解释该共振，且具有可被LHC检验的显著预测；同时，通过规范耦合的跑动分析，两种模型在兰道极点和真空稳定性约束下也表现出良好的表现。

ABSTRACT

Viable explanations of a hinted 750 GeV scalar resonance may be sought within the extensions of the SM Higgs sector aimed at generating neutrino masses at the loop level. We confront a compatibility with the 750 GeV diphoton excess for two recent models which do not need to impose ad hoc symmetry to forbid the tree-level masses: a one-loop mass model providing the H(750) candidate within its real triplet scalar representation and a three-loop mass model providing it within its two Higgs doublets. Besides accounting for the 750 GeV resonance, we demonstrate that these complementary neutrino-mass scenarios have different testable predictions for the LHC which should show up soon as more data is accumulated during the ongoing 13 TeV run.

研究动机与目标

• 评估可行的辐射中微子质量模型是否能同时解释LHC数据中观测到的750 GeV双光子共振。
• 检验一环与三环中微子质量机制与双光子信号的相容性，而无需引入人为的Z2对称性来禁止树图层次的质量。
• 识别每种模型中因新物理标量与费米子内容不同而产生的可检验、独特的LHC信号。
• 分析标量势的稳定性与四次耦合的跑动行为，特别是再现双光子信号的参数区域中兰道极点的风险。

提出的方法

• 构建一个基于实SU(2)L三重标量Δ与向量型轻子的一环中微子质量模型，其中Δ的中性分量作为750 GeV共振候选者。
• 在两希格斯双重态框架（2HDM）内构建一个三环中微子质量模型，其中750 GeV标量作为来自新物理标量场的重CP偶中性态。
• 推导两种模型的规范不变标量势与汤川相互作用，包括介导双光子衰变的三线与四线耦合。
• 对四次耦合τ1,2与σ1,2执行跑动方程（RGE）分析，计算其β函数以评估兰道极点行为。
• 利用RGE演化判断为再现双光子信号而需的‘混合’四次耦合的较大初始值是否会在普朗克尺度以下导致兰道极点。
• 比较两种模型的参数空间，识别出既能再现双光子信号，又能维持真空稳定且避免过早出现兰道极点的区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个基于实SU(2)L三重标量Δ的一环中微子质量模型，是否能在不引入人为Z2对称性的情况下解释750 GeV双光子共振？
• RQ2 一个基于2HDM框架并包含新物理标量场的三环中微子质量模型，能否为双光子过量提供可行解释？其LHC现象学与一环模型有何不同？
• RQ3 为再现750 GeV双光子共振，两种模型中的四次耦合受到何种约束？这些值是否会在可探测能量尺度下触发兰道极点？
• RQ4 每种模型中‘混合’四次耦合的跑动方程演化模式如何影响标量势的稳定性与共振解释的可行性？
• RQ5 三环模型中额外新物理标量的存在，是否能为四次耦合中的兰道极点问题提供自然的缓解方案？

主要发现

• 一环模型通过实三重标量Δ的中性分量可再现750 GeV双光子信号，共振源于圈图诱导的双光子衰变。
• 三环模型在包含新物理标量场的2HDM框架中，将750 GeV共振实现为重CP偶中性标量，其共振通过涉及带电新物理粒子的圈图介导。
• 在两种模型中，拟合双光子信号的参数空间均要求‘混合’四次耦合τ1,2与σ1,2具有较大的初始值，而这些值受到跑动方程演化的约束。
• 对于一环模型，‘混合’四次耦合的β函数βx与βy表明：当x < 7.9且y < 4.1时，耦合值被拉向更小的绝对值，但大初始值仍会在约10^6 GeV处引发兰道极点。
• 三环模型由于四次耦合结构导致负β函数贡献的幸运抵消，延迟了兰道极点的出现，从而在解释双光子信号的参数区域中提升了紫外稳定性。
• 由于新物理粒子内容不同，两种模型预测了不同的LHC信号，使得未来在13 TeV数据积累后可对它们进行区分。