[論文レビュー] Minimal supersymmetric SU(5) theory and proton decay: where do we stand?

Borut Bajc, P. Perez+1 more|ArXiv.org|Oct 28, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 44

ひとこと要約

この論文は、陽子崩壊の制約を踏まえて、最小限の超対称的SU(5)統一理論の妥当性を再評価する。陽子崩壊がd=5オペレーターによって急速に進行するにもかかわらず、三重項ヒッグス質量の不確実性、高次元オペレーター、スフェルミオン混合の影響を考慮に入れることで、陽子寿命の予測が実験的限界と整合的であることが示され、理論は依然として妥当であると主張する。

ABSTRACT

We review the situation regarding d=5 proton decay in the minimal supersymmetric SU(5) GUT. The minimal theory is defined as the theory with the minimal matter and Higgs content all the way up to the Planck scale; of course, this allows for the possible presence of Planck induced physics. It can be said that either higher dimensional operators must be present or/and some fine-tuning of O(1%) of the Higgs mass must be tolerated in order to save the theory.

研究の動機と目的

• 最小限の超対称的SU(5)統一理論（SUSY SU(5)）が、陽子崩壊の制約によって除外されないかどうかを再評価すること。
• 高次元オペレーターがフェルミオン質量および三重項ヒッグスカップリングをどのように修正するかを評価すること。
• 未知のスフェルミオン質量および混合が陽子崩壊振幅に与える影響を分析すること。
• 最小限の仮定のもとで、理論が実験的陽子寿命の上限と整合的であるかどうかを特定すること。
• 理論の予測力と最小性を保つために、1%程度の微調整が許容可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 超重いカラーチューブヒッグス超多重項（T, T̄）からの寄与に注目し、最小SUSY SU(5)におけるd=5陽子崩壊振幅を分析する。
• 特に(D̃†D)3a ≈ 0のような特定の組み合わせの消滅に起因するスフェルミオン混合行列の制約による陽子崩壊の抑制を検討する。
• MPlで抑制される高次元オペレーターの役割を評価し、重い場の質量を生成し、ヤコビ係数カップリングを変更する。
• 隣接するヒッグス（Σ）におけるカラーバイナリー八重項および弱い三重項成分の任意の質量が、mTを増加させ、結果として陽子寿命を最大10^3倍に延長できることを検討する。
• スフェルミオン混合パターンが実験的に妥当であることを保証するため、フレーバー変換中性荷電現在（FCNC）制約（例：μ→eγ、b→sγ）を評価する。
• 反相関群の進化近似を用いて、ヤコビ係数カップリングおよびCKM行列要素の役割を含めた、陽子崩壊振幅の大きさを推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 きびしい陽子崩壊の上限を踏まえて、最小限の超対称的SU(5)GUTは依然として妥当性を保つか？
• RQ2 三重項ヒッグス質量（mT）の不確実性が、d=5陽子崩壊振幅をどの程度抑制できるか？
• RQ3 高次元オペレーターはフェルミオン質量およびカラーチューブヒッグスのカップリングにどのように影響するか？
• RQ4 未知のスフェルミオン質量および混合が、陽子崩壊が実験的上限を超えないように防げるか？
• RQ5 理論の最小性と予測力の維持のため、ヒッグス質量の1%の微調整は許容可能か？

主な発見

• カラーチューブヒッグスの大きな質量のおかげで、最小SUSY SU(5)における陽子寿命は、最大1000倍まで抑制される可能性がある。これは高次元オペレーターによって自然に生じうる。
• 高次元オペレーターは、理論の最小構造を変更せずに、現実的なフェルミオン質量を生成し、三重項ヒッグスのカップリングを修正するために不可欠である。
• 未知のスフェルミオン質量および混合、特に(D̃†D)3aのような特定の組み合わせの消滅が、実験と整合的なレベルまで陽子崩壊振幅を抑制する。
• A項とスフェルミオン混合を含む組み合わせ(26)は、ゼロまたはほぼゼロの値に微調整可能であり、これにより陽子崩壊がさらに抑制される。
• 理論は、プランクスケールまで最小構造を保つ限り、ヒッグス質量の1%の微調整があっても依然として妥当である。
• 陽子寿命の予測における総不確実性は10^3から10^4と推定され、自然性の課題があるにもかかわらず、理論は現在の実験的限界と整合的である。