[论文解读] The Observed Diphoton Excess in F-theory Inspired Heterotic String-Derived Model

Johar M. Ashfaque|arXiv (Cornell University)|Jul 11, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 86被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种基于F理论的异质弦理论模型，构建于E6大统一理论（GUT）框架下，通过重的矢量型夸克和轻子的圈图过程，解释了大型强子对撞机（LHC）观测到的双光子衰变过剩现象。该模型实现了镜像SO(10) GUT，标准模型（SM）物质位于E6的27重态中，并将750 GeV的单态作为双光子共振态，其结果与规范反常消除和规范耦合统一一致。

ABSTRACT

The production and the subsequent decay of the SM singlet via heavy vector--like colour triplets and electroweak doublets in one--loop diagrams can shed light on the recent observation of diphoton excess at the LHC. In this paper, the $E_6$ GUT is considered in the F-theory setting where the $E_6$ is broken by making use of the spectral cover construction and by turning on the hypercharge gauge flux. This paper is based on the results presented in \cite{Athanasopoulos:2014bba, Faraggi:2016xnm, Ashfaque:2016jha} which will be reviewed briefly. Here, by following the F-theory approach, akin to \cite{Karozas:2016hcp, Leontaris:2016wsy, Das:2016xuc}, we present a study of the flipped $SO(10)$ model embedded completely in the $E_{6}$ GUT but with a different accommodation of the SM representations in the ${\bf{27}}$ of $E_{6}$.

研究动机与目标

• 在一致的弦理论框架内解释大型强子对撞机（LHC）观测到的约750 GeV双光子共振态。
• 通过F理论紧化与阿贝尔规范通量，构建一个嵌入E6中的镜像SO(10) GUT模型。
• 重新组织E6 27重态中的标准模型（SM）表示，以允许一个与矢量型费米子耦合的可行单态。
• 确保低能有效理论中反常消除与规范耦合统一的一致性。
• 提供一种现象学上可行的机制，通过单态标量的圈图产生与衰变解释双光子过剩。

提出的方法

• 该模型源自自由费米子异质弦构造，产生具有E6规范对称性的低能有效理论。
• 通过F理论中的超荷通量和谱覆盖构造，实现E6 GUT对称性的自发破缺，最终得到SO(10)×U(1)ζ并进一步破缺为标准模型（SM）规范群。
• 标准模型费米子与希格斯粒子被嵌入E6的27重态中，其赋值方式与以往模型不同，从而允许新的单态状态。
• 将单态S识别为750 GeV共振态，在所有标准模型规范群下变换为单态。
• 超势包含如λijkDSiDjD̄k和λijkHSiHjH̄k等项，支持S在圈图层级的产生与双光子衰变。
• 通过保留谱中的矢量型夸克与轻子，强制实现反常消除，确保与低能数据的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在弦论衍生的E6 GUT模型中，750 GeV处观测到的双光子过剩是否可由一个单态标量通过包含重矢量型夸克与轻子的圈图衰变来解释？
• RQ2 如何通过具有阿贝尔通量的F理论紧化，一致地将镜像SO(10) GUT嵌入E6？
• RQ3 谱覆盖构造与超荷通量在将E6对称性破缺为SO(10)×U(1)ζ并进一步破缺为标准模型规范群的过程中起什么作用？
• RQ4 在E6 27重态中重新分配标准模型表示方式，如何影响单态的唯象学性质及其耦合？
• RQ5 在存在矢量型态的情况下，该模型是否与规范耦合统一及反常消除兼容？

主要发现

• 750 GeV的双光子共振态被识别为单态S，对应于谱覆盖构造中的θ32=θ31单态。
• 单态S通过超势项λijkDSiDjD̄k与λijkHSiHjH̄k与矢量型夸克（D, D̄）和轻子（H, H̄）耦合。
• S通过重矢量型夸克与轻子的圈图过程实现双光子的产生与衰变，与观测到的双光子信号一致。
• 通过保留U(1)Z′电荷Qζ=±1的矢量型态，实现反常消除，确保与低能规范耦合数据的一致性。
• 该模型保持了规范耦合统一与反常自由，U(1)ζ对称性因矢量型态谱的存在而为反常自由。
• 通过与以往模型不同的嵌入方式，将标准模型费米子与希格斯粒子容纳于E6 27重态中，从而在不违背实验约束的前提下，实现一个可行的单态状态。