[조원상 연구교수] PRL 논문 게재
작년 말 LHC 가속기의 ATLAS와 CMS 두 실험 그룹에서는, 고에너지 입자물리학 표준 모형의 예측을 뛰어넘는 것으로 보이는 광자쌍 (Diphoton) 사건들이 질량 750 GeV 근처에서 측정되었음을 학계에 보고하였다.
이러한 중간 결과에 커다란 동기를 얻어, 힉스(Higgs) 입자의 발견 이후에도, 더 높은 에너지 영역에서 예상되는 새로운 입자들을 찾아왔던 연구자들은 이 새로운 이상 신호들을 해석하기 위한 연구에 열광적으로 집중하였고, 그 결과 최근 몇 달간, 수 백편의 연구 논문들이 학계에 보고되었다. 이 논문들 중에 4편의 각기 다른 해석을 담은 논문들이 이번 PRL에 \'Featured in Physics\'로 소개되었으며, 그 중의 한 편으로 서울대학교 물리천문학과의 조원상 박사를 비롯한 한국인 연구 그룹에서 수행한 연구 논문이 실리게 되었다. 이 논문에서는 750GeV에서의 이상 광자쌍 신호가, 750 GeV 근처의 질량을 갖는 하나의 새로운 입자의 붕괴에서 비롯된 것이 아닌, 좀 더 무거운 입자의, 더 길고 복잡한 붕괴 과정에서 나올 수 있다는 가능성을 제시하였고, 이러한 시나리오가 현재 실험 데이터를 얼마나 잘 설명할 수 있는지, 또 반대로 이 시나리오를 배제할 수 있는 여러가지 방법들을 제시하였다. 2016년 가을까지 CERN의 LHC 가속기 실험그룹에서는 더 많은 데이터들을 모아서, 이번 이상 광자쌍 사건들이 진정 새로운 입자에 연관된 신호인지에 대한 여부를 판별할 예정이다.
We discuss nonstandard interpretations of the 750 GeV diphoton excess recently reported by the ATLAS and CMS Collaborations which do not involve a new, relatively broad resonance with a mass near 750 GeV. Instead, we consider the sequential cascade decay of a much heavier, possibly quite narrow, resonance into two photons along with one or more additional particles. The resulting diphoton invariant mass signal is generically rather broad, as suggested by the data. We examine three specific event topologies — the “antler,” the “ sandwich,” and the two-step cascade decay — and show that they all can provide a good fit to the observed published data. In each case, we delineate the preferred mass parameter space selected by the best fit. In spite of the presence of extra particles in the final state, the measured diphoton pT spectrum is moderate due to its anticorrelation with the diphoton invariant mass. We comment on the future prospects of discriminating with higher statistics between our scenarios, as well as from more conventional interpretations.