[論文レビュー] Extended coannihilations from non universal sfermion masses

Stefano Profumo|ArXiv.org|May 5, 2003

Superconducting Materials and Applications被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、非一様なスフェルミオン質量とb-τ ユーカワ統一を備えたGUTにインspiredされたMSSMを提案し、それらのモデルが軽いスボトムとタウスネトロンを含む拡張された共崩壊過程を可能にし、中性子の残存密度を顕著に抑制することを示している。主な結果は、これらの共崩壊モードが、宇宙論的に妥当な中性ノ中性子暗黒物質を実現するとともに、特に高タンベータ領域において、加速器および精度測定の制約を満たしていることである。

ABSTRACT

We propose and analyse a GUT-inspired version of the MSSM featuring non universal sfermion masses boundary conditions and asymptotic b-tau Yukawa coupling unification. The particle spectrum of the model gives rise to extended coannihilation processes, involving the lightest sbottom and the tau sneutrino. We study the allowed parameter space, subject to cosmo-phenomenological requirements, and the details of the new coannihilations modes. Implications for direct and indirect neutralino searches, as well as for collider physics, are also briefly summarized.

研究の動機と目的

• 非一様なスフェルミオン質量とb-τ ユーカワ統一を有する宇宙論的に妥当な超対称モデルを探索すること。
• スボトムおよびタウスネトロンを含む拡張された共崩壊チャネルが、中性子の残存密度を観測値にまで抑制できるかどうかを調査すること。
• 宇宙論的、加速器的、精度電弱測定による制約を用いてパラメータ空間を制約すること。
• これらのモデルがLHCおよび直接的・間接的暗黒物質探索で検出可能かどうかを評価すること。

提案手法

• GUTスケールで非一様なスフェルミオンスレート質量を導入し、Kをパrameterとして、m²₅ = K²m²₁₀と定式化し、SU(5) SUSY GUTのランギングに基づく。
• M_GUTで正確なb-τ ユーカワ統一を強制し、共通のユーカワカップリングを設定してm_τ(M_Z)を再現し、m_b(M_Z)が実験的制約内にあることを要請する。
• 高エネルギースケールでのスレート質量と低エネルギーでのスフェルミオン質量との関係を、特に最軽い中性ノおよび次に軽い超対称粒子（NLSP）に対して、微分方程式のランギングを用いて導出する。
• 観測された残存密度Ω_χh² ≲ 0.13を含む宇宙論的制約を適用し、妥当な共崩壊領域を同定する。
• δa_μおよびヒッグス質量の制約を「超保守的」な手法で適用し、直接的および間接的検出信号およびLHCの探査能力を評価する。
• 共崩壊が残存密度を効率的に抑制する領域を特定するため、(m_χ, Δ_NLSP)平面をマッピングし、τスネトロンNLSPとスボトムNLSPのケースを区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GUTにインスパイアされたMSSMにおける非一様なスフェルミオン質量は、中性子の残存密度を抑制する拡張された共崩壊チャネルをもたらすか？
• RQ2 b-τ ユーカワ統一は、特にtanβとμの符号に関連して、許容可能なパラメータ空間にどのような影響を与えるか？
• RQ3 タウスネトロンおよびスボトムを含む共崩壊は、標準の中性子共崩壊と比較してどの程度効率的か？
• RQ4 加速器、ヒッグス質量、ミュオンの異常磁気モーメントの制約を課した後、どのパラメータ空間の領域が依然として妥当か？
• RQ5 これらのモデルはLHCおよび直接的・間接的暗黒物質探索で検出可能か？

主な発見

• タウスネトロンおよびスボトムがNLSPとして機能する拡張された共崩壊は、中性子の残存密度を顕著に抑制し、宇宙論的に妥当な暗黒物質の実現を可能にする。
• K < 0.5の場合、低～中程度の(m₀/M₁/₂)比領域ではタウスネトロンがNLSPとなるが、(m₀/M₁/₂) > 3の高比領域ではスボトムがNLSPを占める。
• 強い相互作用によって媒介されるスボトム-中性ノ共崩壊は、タウスネトロン共崩壊よりも効率的であり、残存密度の抑制が速やかに進行する。
• b-τ ユーカワ統一およびミュオンの異常磁気モーメント制約を満たすためには、μ < 0およびtanβ ∈ (31, 45)である必要がある。
• LHCはタウスネトロン共崩壊領域の大部分を探査可能であるが、m_χ > 500 GeVの場合、スボトム共崩壊領域は検出を逃す可能性がある。
• tanβ ∈ (31, 45)の外では、宇宙論的許容領域が著しく縮小し、tanβ ≲ 31またはtanβ ≳ 45では、b-τ YUおよび加速器制約を両方満たす有効な点は存在しない。