750GeV雙光子信号的理論诠釋
2012年歐洲核子中心的大型強子加速器(LHC)宣布發現一個質量約125GeV的新粒子(1個氫原子相當于約1GeV能量)。這個被稱為“上帝粒子”的新粒子的發現是基礎研究多年來最重要的發現，沒有之一。據此，提出“上帝粒子”的兩位理論物理學家在2013年獲得了諾貝爾物理學獎。“上帝粒子”并不穩定，考慮到觀測背景的因素，它衰變到兩個高能光子的信号成為人們确立它存在的主要方式。2015年，LHC把實驗能量從原來的8TeV（1TeV=1000GeV）提升到13TeV後，這是人類目前能夠達到的最高能量。LHC上兩個主要實驗組ATLAS和CMS在兩個高能光子信号中意外地發現，在750GeV附近似乎埋藏着另一個新粒子[1，2]。之所以使用“似乎”是因為它還沒有達到實驗家認可的宣布發現标準（信号置信度超過5個标準方差）。
按照常理，一個尚未确立的“疑似信号”首先應當等待進一步的實驗檢驗。毋庸置疑，如果此出乎意料的信号被實驗确立，那将是人類等待近50年的超出标準模型新物理的信号第一次出現，也很可能決定基礎研究的方向。由于其潛在的重要性，自2015年12月15日發布疑似信号起，至2016年3月1日止，湧現出260多篇理論工作來理解這個信号。在2016年3月17日，ATLAS和CMS實驗組又宣布了對數據進一步分析的結果[3，4]，發現此信号沒有消失，并且略有增強。為此，《物理評論快報》在2016年4月15日出版的期刊上，選擇發表了其中4篇理論文章[5-8]，其中就有朱守華教授研究組的工作，同時配發了社論（Editorial）[9]。美國物理學會在線刊物Physics也進行了報道[10]，Physics一般精選《物理評論快報》上的一些工作進行報道。
在這篇文章中[5]，他們構造了一個弱耦合的可重整理論模型，可以自然解釋新的疑似信号（見示意圖）。質量為750GeV的粒子通過新的費米子作為中介，在膠子聚合過程中産生，随後通過同樣的費米子作為中介衰變為兩個光子。為了解釋雙光子信号實驗，新的理論也揭示了它與暗物質之間深刻的聯系。同時，它有諸多預言，比如預言存在新的粒子并預言了它們獨特的相互作用，這些可在不遠的将來，随着LHC實驗搜集更多的數據，進行全面檢驗。
值得一提的是其他三種理論解釋：[6]認為自然界存在新的強相互作用，[7]認為自然界存在超對稱，[8]幹脆否認存在質量為750GeV的新粒子。有趣的是，這4篇理論文章對于信号的理解至少有3篇是錯誤的，未來實驗将支持哪種理論，人們拭目以待。
朱守華教授研究組一直從事超出标準模型新物理的研究，他們的研究得到了國家自然基金委，以及核物理和核技術國家重點實驗室，beat365高能物理中心，量子物質科學2011協同創新中心的大力支持。
[1] J. Olsen, CMS 13 TeV Results, CERN special seminar 15 December 2015,
https://indico.cern.ch/event/442432/contribution/0/attachments/1205563/1756687/CMS_13_TeV_results_public.pdf.
[2] M. Kado, Results with the Full 2015 Data Sample from the ATLAS Experiment,
CERN special seminar 15 December 2015, https://indico.cern.ch/event/442432/contribution/1/attachments/1205572/1759985/CERN‑Seminar.pdf.
[3] M. Delmastro, Diphoton searches in ATLAS, 51st Rencontres de Moriond EW 2016
https://indico.in2p3.fr/event/12279/session/12/contribution/163/material/slides/1.pdf.
[4] P. Musella, Search for high mass diphoton resonances at CMS, 51st Rencontres
de Moriond EW 2016
https://indico.in2p3.fr/event/12279/session/12/contribution/218/material/slides/0.pdf.
[5] G. Li, Y.-n. Mao, Y.-L. Tang, C. Zhang, Y. Zhou, and S.-h.Zhu, Pseudoscalar
Decaying Only via Loops as an Explanation for the 750 GeV Diphoton Excess, Phys.
Rev. Lett. 116,151803 (2016).
[6] Y. Nakai, R. Sato, and K. Tobioka, Footprints of New Strong Dynamics via
Anomaly and the 750 GeV Diphoton, Phys.Rev. Lett. 116, 151802 (2016).
[7] C. Petersson and R. Torre, 750 GeV Diphoton Excess from the Goldstino
Superpartner, Phys. Rev. Lett. 116, 151804 (2016).
[8] W. S. Cho, D. Kim, K. Kong, S. H. Lim, K. T. Matchev, J.-C.Park, and M.
Park, 750 GeV Diphoton Excess May Not Imply a 750 GeV Resonance, Phys. Rev. Lett.
116, 151805 (2016).
[9] Editorial: Theorists React to the CERN 750 GeV Diphoton Data, Phys. Rev.
Lett. 116, 150001 (2016).
[10] http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.151805
