[论文解读] The Diphoton Excess from an Exceptional Supersymmetric Standard Model

Wei Chao|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 42

一句话总结

该论文提出，ATLAS和CMS观测到的750 GeV二光子共振可被解释为一种E6启发的例外超对称标准模型（ESSM）中的标量单重态，其中单重态触发了U(1)′规范对称性的自发对称性自发破缺。该共振通过奇异夸克和希格斯样超多重态的圈图过程以胶子融合方式产生，二光子衰变在单圈图水平上被介导；尽管可观测截面是可实现的，但该模型在不引入强耦合的情况下难以容纳共振态的宽宽度。

ABSTRACT

In this paper we explain the diphoton excess in the invariant mass M $\approx$ 750 GeV , claimed by the ATLAS and CMS collaborations at the run-2 LHC, as the signal of a scalar singlet in a string inspired exceptional supersymmetric standard model (ESSM). The scalar singlet might play a rule in the spontaneous breaking of the $U(1)^\prime$ gauge symmetry of the ESSM and couples to diphoton and/or gluon pair with the help of exotic quarks and Higgs-like supermultiplets, which are contained in the fundamental representation of the $E_6$ group. The model might give rise to a large enough production cross section at the LHC but can hardly fit with the wide width of the resonance except in the strong couple regime.

研究动机与目标

• 将ATLAS和CMS观测到的750 GeV二光子共振解释为一种弦理论启发的基于E6的超对称模型中的标量单重态。
• 通过将模型嵌入一个自发破缺U(1)′的E6大统一理论中，解决层次问题和μ问题。
• 探讨该共振是否能在与LHC数据一致的截面下被产生，同时与现有约束条件相容。
• 评估该模型在重现共振态观测宽度（约45 GeV）方面的可行性，特别是避免精细调节耦合的挑战。

提出的方法

• 该模型基于一种具有U(1)N规范对称性的E6启发ESSM，其中右手中微子是U(1)N下的单重态，从而实现自然的 seesaw 中微子质量。
• 引入三个基本的27维E6表示以消除U(1)N规范对称性的异常。
• 标量单重态S通过积分掉圈中重粒子后得到的有效耦合，与奇异夸克和希格斯样超多重态耦合。
• 通过胶子融合计算产生截面，主要贡献来自包含奇异夸克及其超对称伙伴的圈图。
• 二光子衰变宽度在单圈图水平上计算，由奇异夸克和希格斯样超多重态介导，振幅取决于有效耦合κ_eff和λ_eff。
• 总宽度受二胶子搜寻限制，其比值r = Γ_gg / Γ_γγ < 1300，该条件在基准参数空间中满足。

实验结果

研究问题

• RQ1 750 GeV二光子共振能否被解释为一种具有自发U(1)′破缺的E6启发ESSM中的标量单重态？
• RQ2 在该模型中，该共振的主要产生和衰变道是什么，特别是胶子融合和二光子末态？
• RQ3 该模型的参数空间内是否可实现约7 pb的观测二光子截面？
• RQ4 该模型能否自然地容纳约45 GeV的观测宽度，还是需要对耦合进行微调？
• RQ5 LHC（运行1）中二胶子及其他末态的约束如何影响该模型的可行性？

主要发现

• 该模型在LHC运行2中可通过奇异夸克的圈图介导的胶子融合过程产生约7.28 pb的二光子截面，与观测信号一致，其中有效耦合κ_eff > 1.8。
• 二光子衰变宽度在单圈图水平上通过奇异夸克和希格斯样超多重态的圈图产生，振幅取决于有效耦合λ_eff和κ_eff。
• 该模型可满足二胶子约束条件r = Γ_gg / Γ_γγ < 1300，当λ_eff ∈ [1,5]且κ_eff = 2时，r的取值范围为(50, 400)。
• 在不引入强耦合的情况下，难以实现约45 GeV的总宽度；宽度达到45 GeV需要λ_eff ≈ 4，这在模型中被认为是不自然的。
• 除非耦合λ_eff非常大，否则该模型无法自然地容纳共振态的宽宽度，因此若宽度被证实为宽，则该模型可能被排除。
• 有效耦合中的标量贡献因混合角而被抑制，因此费米子及其超对称伙伴的贡献占主导，标量贡献可忽略不计。