[论文解读] Strong dynamics or axion origin of the diphoton excess

Emiliano Molinaro, Francesco Sannino+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 16, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 72

一句话总结

该论文提出，ATLAS和CMS实验观测到的750 GeV二胶子衰变过剩可能源于一种新的赝标量粒子，该粒子可被实现为轴子样态或强相互作用动力学在电弱对称性自发破缺最小模型中的复合态。论文表明这两种解释均成立，并提出了可区分它们的可观测信号。

ABSTRACT

ATLAS and CMS observe deviations from the expected background in the diphoton invariant mass searches of new resonances around 750 GeV. We show that a simple realization in terms of a new pseudoscalar state can accommodate the observations. The model leads to further footprints that can be soon observed. The new state can be interpreted both as an axion or as a composite state stemming from minimal models of dynamical electroweak symmetry breaking. We further provide insights on how to disentangle the two scenarios.

研究动机与目标

• 将ATLAS和CMS实验观测到的750 GeV二胶子共振态解释为一种新赝标量态的产物。
• 探讨该共振态是否可被解释为轴子或强相互作用动力学导致的复合态。
• 识别可区分轴子样与复合希格斯模型的特征实验信号。
• 提供一个最小且自洽的模型，以容纳观测到的二胶子信号并预测可进一步检验的信号。

提出的方法

• 构建一个包含新赝标量态并耦合光子与胶子的最小有效场论模型。
• 分析该新态衰变为二胶子的产生与衰变率，与750 GeV处观测到的共振态一致。
• 通过对称性与耦合结构评估该模型在轴子样与复合希格斯框架下的兼容性。
• 推导额外的衰变道与圈图诱导过程，以区分两种情形。
• 利用模型的耦合关系预测可观测信号，如二胶子共振态、隐形衰变与异常耦合。
• 应用现有LHC数据与理论一致性约束，缩小可行参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 750 GeV二胶子衰变过剩能否在最小模型中由一种新赝标量态解释？
• RQ2 该观测共振态更自然地被解释为轴子样粒子还是强相互作用导致的复合态？
• RQ3 哪些独特的实验信号可区分轴子样与复合希格斯解释？
• RQ4 对电弱对称性自发破缺与TeV尺度新物理有何启示？
• RQ5 该新态对光子、胶子及其他场的耦合如何约束其起源？

主要发现

• 750 GeV二胶子共振态可被一种与光子和胶子耦合的新赝标量态一致地解释。
• 该模型允许两种不同的物理诠释：作为轴子样粒子或作为最小强相互作用动力学中的复合态。
• 两种情形对隐形衰变、异常耦合及额外共振信号的预测不同。
• 该模型预测了二胶子与二胶子加喷注末态中可观测的偏离，可用于检验共振态的起源。
• 具有特定耦合的新标量或赝标量态的存在，为观测到的过剩提供了可行解释。
• 该框架通过LHC的精密测量，为区分轴子样与复合希格斯起源提供了路径。