Теоретики бросились объяснять новый двухфотонный пик на LHC

Области значений двухфотонной (по вертикали) и двухглюонной (по горизонтали) ширин новой гипотетической частицы, полученные в предположении, что кроме распада на два фотона и на два глюона есть еще и какой-то третий распад (его варианты показаны разными цветами). Изображение из статьи R. Francheschini et al., 2015. What is the γγ resonance at 750 GeV?

15 декабря коллаборации ATLAS и CMS сообщили о намеках на новый двухфотонный резонанс, обнаружившихся в данных 2015 года. И первый же день после этого сообщения принес сразу десять (!) новых теоретических статей, обсуждающих природу этого пика, — разумеется, в предположении, что это не статистическая флуктуация, а реальный резонанс. Понятно, что эти статьи были подготовлены заранее, когда официального сообщения о результатах еще не было, и были выложены в архив препринтов сразу после семинара. Однако хватка теоретиков всё равно впечатляет.

Некоторые из этих статей касались конкретных вариантов различных теорий, в которых новый двухфотонный резонанс вполне может появляться при 750 ГэВ. Это, например, составные модели с новыми тяжелыми метастабильными кварками (Composite Models for the 750 GeV Diphoton Excess), теории с сильной связью (Footprints of New Strong Dynamics via Anomaly), модели с тяжелым аксионом (Diphoton Signatures from Heavy Axion Decays at LHC), ну и, конечно, модели с новыми хиггсовскими бозонами (Scenarii for interpretations of the LHC diphoton excess: two Higgs doublets and vector-like quarks and leptons). Многие из авторов при этом обращают внимание на большую ширину нового пика и интерпретируют ее как свидетельство в пользу сложного сектора новых частиц с сильной связью.

Другие статьи заходят не со стороны конкретных теорий, а со стороны наблюдаемых сигналов. Новый пик виден в двухфотонном канале и не виден в лептонных, топ-кварковых и двухструйных событиях, а также в процессах парного рождения W- или Z-бозонов. Кроме того, раз резонанс рождается на адронном коллайдере, это, видимо, означает связь частицы с глюонами. Эту совокупность результатов можно проверять на самосогласованность в рамках моделей, а также получать отсюда различные предсказания (см. статьи Rays of light from the LHC, Knocking on New Physics' door with a Scalar Resonance, What is the γγ resonance at 750 GeV?, First interpretation of the 750 GeV di-photon resonance at the LHC).

Выделяется среди них работа Роберто Франческини с соавторами What is the γγ resonance at 750 GeV?. Это не только самая объемная статья (32 страницы), но она еще и подписана очень представительным коллективом авторов. Фактически, она представляет собой обзор вариантов теоретического объяснения нового резонанса. Надо сказать, что это совершенно уникальная ситуация, когда обзор теоретических объяснений выходит спустя несколько часов после официального объявления об эффекте и еще до чтения других теоретических работ по теме.

Новый резонанс может также иметь последствия для теорий темной материи (Di-photon excess illuminates Dark Matter, The LHC diphoton resonance and dark matter). Вполне вероятна ситуация, что темная материя — это не просто один сорт частиц, а целый темный сектор со своими взаимодействиями и сложными взаимопревращениями. Обнаруженная частица может оказаться тем бозоном, за счет обмена которым частицы темной материи взаимодействуют друг с другом. Но тогда наблюдение этой частицы накладывает ограничения на параметры темной материи, а также приводит к новым конкретным предсказаниям, которые и обсуждались в упомянутых статьях.

Все статьи стоят на оптимистичной позиции, что новая частица не приходит одна. Они предсказывают новые частицы, новые эффекты и высказывают конкретные предложения, как их проверить. Очевидно, что ближайшая неделя принесет еще десятки новых публикаций по природе нового (гипотетического!) двухфотонного пика, а также что это станет самой горячей темой в физике частиц как минимум в ближайшие месяцы.

См. также:
Обнародованы первые результаты LHC Run 2.