[論文レビュー] LHC signatures and cosmological implications of the E6 inspired SUSY models

R. Nevzorov|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、追加のU(1)Nゲージ対称性を有するE6由来の超対称モデルを調査し、LHCのプロトコルと宇宙論的影響に焦点を当てる。$\tilde{Z}^{H}_{2}$対称性がフレーバー変換および陽子崩壊過程を抑制することを示し、二ループの整合性のないレーダル・グループ解析により、GUTスケール付近で準固定点のシナリオが得られ、ヒッグススケールが階層的に分離されることを明らかにする。このモデルは、軽いインert中性ニャンとより重いNLSPである二つのダークマター候補を予測し、NLSP質量が2.5 GeVを超える場合、Br(h_1 \to \tilde{H}^{0}_2\tilde{H}^{0}_2)が最大30%に達するような特異なヒッグス崩壊を予測する。

ABSTRACT

The phenomenological implications of the E6 inspired supersymmetric models based on the Standard Model gauge group together with extra U(1)_N gauge symmetry under which right-handed neutrinos have zero charge are examined. In these models single discrete symmetry forbids the tree-level flavour changing processes and the most dangerous operators that violate baryon and lepton numbers. The two-loop renormalisation group flow of the gauge and Yukawa couplings is explored and the qualitative pattern of the Higgs spectrum in the case of the quasi-fixed point scenario is discussed. These E6 inspired models contain two dark-matter candidates. The presence of exotic states in these models gives rise to the nonstandard decays of the lightest Higgs boson which are also considered.

研究の動機と目的

• E6由来のSUSYモデルに追加のU(1)Nゲージ対称性を導入した場合の素粒子物理学的および宇宙論的影響を調査すること。
• フレーバー変換およびバリオン数・レプトン数を破る項を抑制する$\tilde{Z}^{H}_{2}$離散的対称性の役割を分析すること。
• ゲージおよびヤコビ係数の二ループのレーダル・グループの発展を研究し、GUTスケール付近での準固定点の振る舞いに注目すること。
• 特にヒッグス状態の質量分離が顕著になる準固定点シナリオ下でのヒッグス系のスペクトルを調査すること。
• 軽いインert中性ニャンとGeVスケールのNLSPという二つのダークマター候補が、モデル内でどのように機能するか、およびその宇宙論的および加速器実験的プロトコルを検討すること。

提案手法

• $\tilde{Z}^{H}_{2}$対称性を導入し、大部分のスーパーフィールドを奇数にすることで、ゲージ結合の統一性を保ちつつ、木レベルのFCNCおよびBSM過程を抑制する。
• ゲージおよびヤコビ係数の二ループのレーダル・グループ方程式（RGEs）を用い、$h_t$および$\lambda$以外の項は無視可能と仮定する。
• $\rho_t = h_t^2/g_3^2$および$\rho_\lambda = \lambda^2/g_3^2$を定義し、$\rho_t$-$\rho_\lambda$平面におけるRGフローを分析する。
• 準固定点シナリオ下でのヒッグス系を分析し、最も軽いCP偶性ヒッグス状態が標準模型ヒッグスに類似していること、そして最も重い状態が数TeVを超える範囲にあるという極めて階層的なスペクトルが得られることを示す。
• 最も重い状態が最も軽い状態よりもはるかに重い場合に、CP偶性ヒッグス質量行列に対する摂動的対角化を適用する。
• BBNおよびLHC検出の制約を考慮しつつ、GeVスケールのNLSPを介した特異なヒッグス崩壊$h_1 \to \tilde{H}^{0}_2\tilde{H}^{0}_2$を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 U(1)Nを有するE6由来SUSYモデルにおけるゲージおよびヤコビ係数の二ループRGEはどのように振る舞い、準固定点に至るか？
• RQ2 準固定点シナリオ下でのヒッグス質量スペクトルの構造は何か？また、NMSSMと比較してどのように異なるか？
• RQ3 最も軽いヒッグスボソンの加速器実験的プロトコル、特にNLSPペアへの特異的崩壊は何か？
• RQ4 軽いインエント中性ニャンとGeVスケールのNLSPという二つのダークマター候補は、宇宙論的制約およびLHCの素粒子物理学的プロトコルにどのように影響を与えるか？
• RQ5 NLSPの崩壊がBBNの過剰生成を避けるために十分速く、かつ検出可能な特異的ヒッグス崩壊を可能にするために、NLSPの質量の妥当な範囲は何か？

主な発見

• ゲージ結合$g_2$, $g_1$, $g'_1$の二ループRGEは電弱スケール付近で準固定点に収束し、GUTスケールで$g_0 \simeq 1.5$とすると、測定値に近い結合定数が得られる。
• ヒッグス系は極めて階層的なスペクトルを示し、最も軽いCP偶性ヒッグス状態は標準模型ヒッグスに類似しているが、最も重い状態は数TeVを超える。
• 特異的崩壊$h_1 \to \tilde{H}^{0}_2\tilde{H}^{0}_2$のBrは、NLSP質量が2.5 GeVを超える場合、最大30%に達する。
• NLSP質量が0.5 GeV未満の場合、Brは$10^{-3} - 10^{-4}$に低下し、このような崩壊は無視できる。
• 最も軽いインエント中性ニャン（$\tilde{H}^{0}_1$）は1 eV未満であり、ダークマターにほとんど寄与しないが、より重い中性ニャンはすべてまたは一部のコールドダークマター密度を占め得る。
• BBNの制約によりNLSPの寿命は1秒未満に制限され、$m_{\tilde{H}^{0}_2} \gtrsim 100\,\text{MeV}$に制限される。これにより、2.5 GeV未満の質量では観測可能な特異的崩壊が成立しにくくなる。