[論文レビュー] Fermion masses and mixings in SO(10) models and the neutrino challenge to SUSY GUTs

Stefano Bertolini, Michal Malinský+1 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 45

ひとこと要約

この論文は、1つの10_Hおよび1つの¯126_Hヒッグスを伴うSO(10)の巨大統一理論におけるフェルミオン質量および混合の研究を行い、ニュートリノ質量のタイプ-Iおよびタイプ-IIのスイープ機構の相互作用を分析している。最小限の超対称性をもつSO(10) GUTで、ヒッグスセクターが再帰的である場合、フェルミオンデータを一貫して再現できないことが判明し、ゲージ統一の非超対称的状況が強く示唆されている。

ABSTRACT

We present a detailed study of the quark and lepton mass spectra in a SO(10) framework with one 10_H and one \bar{126}_H Higgs representations in the Yukawa sector. We consider in full generality the interplay between type-I and type-II seesaws for neutrino masses. We first perform a \chi^2 fit of fermion masses independent on the detailed structure of the GUT Higgs potential and determine the regions in the parameter space that are preferred by the fermion mass sum rules. We then apply our study to the case of the minimal renormalizable SUSY SO(10) GUT with one 10_H, one \bar{126}_H, one 126_H, and one 210_H Higgs representations. By requiring that proton decay bounds are fulfilled we identify a very limited area in the parameter space where all fermion data are consistently reproduced. We find that in all cases gauge coupling unification in the supersymmetric scenario is severely affected by the presence of lighter than GUT (albeit B-L conserving) states. We then conclusively show that the minimal supersymmetric SO(10) scenario here considered is not consistent with data. The fit of neutrino masses with type-I and type-II seesaws within a renormalizable SO(10) framework strongly suggests a non-SUSY scenario for gauge unification.

研究の動機と目的

• ニュートリノ質量生成のSO(10)モデルにおけるタイプ-Iおよびタイプ-IIのスイープ機構の相互作用を分析すること。
• GUTヒッグスポテンシャルの構造に依存しない、クォークおよびレプトン質量のχ^2フィッティングを実行すること。
• 1つの10_H、1つの¯126_H、1つの126_H、および1つの210_Hヒッグス表現を有する最小限の再帰的超対称SO(10) GUTがフェルミオンデータおよび陽子崩壊の制約と整合するかをテストすること。
• 超対称性の下で、GUT未満のB-L保存状態がゲージ結合定数の統一に与える影響を評価すること。
• 最小限の超対称SO(10)フレームワークが、すべてのフェルミオン質量および混合データを一貫して再現可能かどうかを特定すること。

提案手法

• SO(10)モデルにおける10_Hおよび¯126_Hヒッグス表現を用いた、フェルミオン質量および混合のχ^2フィッティング手順を全パラメータ空間に対して適用する。
• ニュートリノ質量へのタイプ-Iおよびタイプ-IIのスイープ寄与を同等に扱い、一方が他方を支配すると仮定せずに分析する。
• モデルは、4つのヒッグス表現（10_H、¯126_H、126_H、210_H）を有する最小限の再帰的超対称SO(10) GUTに拡張される。
• 陽子崩壊の制約が、特に126_Hおよび210_H寄与に強く作用する、パラメータ空間に対する厳密な制約として適用される。
• ゲージ結合定数の統一は、B-L対称性をHiggs混合によってのみ破るGUT未満の状態を含めて、数値的に評価される。
• 全世代にわたる実験データと予測されたフェルミオン質量および混合を比較することで、モデルの整合性がテストされる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10_H、¯126_H、126_H、および210_Hヒッグス表現を有する最小限の再帰的超対称SO(10) GUTが、フェルミオン質量および混合をすべて同時に再現可能か？
• RQ2 この超対称SO(10)フレームワークにおいて、陽子崩壊の制約を適用した場合、許容可能なパラメータ空間はどの程度か？
• RQ3 再帰的SO(10)モデルにおけるタイプ-Iおよびタイプ-IIのスイープ機構が、ニュートリノ質量予測にどのように共同で影響を与えるか？
• RQ4 GUT未満のB-L保存状態が、超対称性の下でゲージ結合定数の統一をどの程度破壊するか？
• RQ5 両方のスイープ機構を有するSO(10)モデルにおける観測されたフェルミオン質量スペクトルは、非超対称的GUTの完成を示唆するか？

主な発見

• 指定されたヒッグス内容を有する最小限の再帰的超対称SO(10) GUTは、陽子崩壊の制約を課した後でさえも、すべてのフェルミオンデータを一貫して再現できない。
• すべての制約を満たすパラメータ空間の領域は極めて限定的であり、その領域は成功したゲージ結合定数の統一と整合しない。
• GUT未満の状態が存在しても、B-Lを保存する場合でさえ、超対称性の下でゲージ結合定数の統一が著しく破壊される。
• 再帰的SO(10)モデルにおけるタイプ-Iおよびタイプ-IIのスイープ機構の相互作用は、GUTの非超対称的完成を強く支持する。
• 本研究の結論として、最小限の超対称SO(10)モデルは現在のフェルミオンデータおよび陽子崩壊の制限と整合しない。
• 結果は、SO(10)におけるゲージ統一が、存続可能な枠組みを維持するためには非超対称的フレームワークを必要とすることを強く示唆している。