[論文レビュー] Nucleon Decay in GUT and Non-GUT SUSY Models

Hitoshi Murayama|ArXiv.org|Oct 19, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、超対称性の統一理論（GUT）および非GUTモデルにおける核子崩壊を調査し、超 Kamiokandeの制約と矛盾を避けるために、崩壊率を十分に抑制するには、フラバー対称性のメカニズムに依存する必要があると主張している。非GUTのSUSYモデルでは、p → K⁰e⁺ が特徴的な崩壊モードとして現れ、最小GUTでは存在しないが、きびしい実験的制約にもかかわらず、このようなモデルは依然として妥当であると結論している。

ABSTRACT

I first emphasize the importance of searching for nucleon decay in the context of supersymmetric models. The status of minimal SUSY SU(5) model is reviewed, which can be definitively ruled out by a combination of superKamiokande and LEP-2 experiments. Non-minimal models may provide some suppression in the nucleon decay rates, but there is still a good chance for superKamiokande. I point out that the operators suppressed even by the Planck-scale are too large. We need a suppression mechanism for the operators at the level of $10^{-7}$, and the mechanism, I argue, may well be a flavor symmetry. A particular example predicts $p ightarrow K^0 e^+$ to be the dominant mode which does not arise in GUT models.

研究の動機と目的

• 超 KamiokandeおよびLEP-2の核子崩壊制約を踏まえて、超対称性モデルの妥当性を評価すること。
• 特に非最小SUSYモデルにおいて、実験的限界以下に核子崩壊率を抑制するメカニズムを同定すること。
• 非GUTのSUSYモデルが、最小SUSY SU(5)を除外する制約を回避できるかどうかを検討すること。
• プランクスケールで抑制される作用素だけでは不十分であり、適切な抑制を得るにはフラバー対称性が必要であると主張すること。
• 非GUTのSUSYモデルにのみ現れる、特徴的なプロトン崩壊モード p → K⁰e⁺ を同定すること。

提案手法

• GUTおよび非GUTの超対称性モデルにおける核子崩壊を媒介する有効作用素を分析する。
• ゲージ統一およびフラバー構造の文脈において、R粒子数破れおよびR粒子数保存の相互作用の影響を評価する。
• 超 KamiokandeおよびLEP-2からの実験的制約を用いて、SUSYモデルのパラメータ空間を制約する。
• 次善のレベル（約10⁻⁷）にまで、次元5および次元6の作用素をフラバー対称性がどのように抑制するかを検討する。
• 最小GUTモデル（例：SU(5)）と非最小非GUT SUSYモデルとの間で、崩壊分岐比を比較する。
• ゲージ結合定数の統一および急速なプロトン崩壊の不存在といった理論的制約を用いて、妥当なモデルを区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非最小SUSYモデルは、超 Kamiokandeの制約と整合するほど核子崩壊率を十分に抑制できるか？
• RQ2 なぜプランクスケールで抑制される作用素だけでは、観測された核子崩壊限界を説明できないのか？
• RQ3 GUTスケールを超えて、フラバー対称性が核子崩壊の抑制に果たす役割は何か？
• RQ4 どのプロトン崩壊モードが非GUT SUSYモデルに特徴的であり、最小GUTでは予測されないか？
• RQ5 p → K⁰e⁺ の崩壊モードは、非GUT SUSYモデルを特徴付ける明確な実験的シグネチャーよりも高いか？

主な発見

• 最小SUSY SU(5)モデルは、超 KamiokandeおよびLEP-2の組み合わせ的制約によって明確に除外される。
• 非最小SUSYモデルは、核子崩壊率を十分に抑制でき、超 Kamiokandeでの観測の可能性が十分に高い。
• プランクスケールでのみ抑制される作用素は大きすぎるため、観測された核子崩壊限界を説明できない。
• 核子崩壊作用素を約10⁻⁷のレベルまで抑制するには、フラバー対称性のメカニズムが必要である。
• 非GUT SUSYモデルでは、p → K⁰e⁺ の崩壊モードが支配的になると予測され、最小GUTフレームワークでは現れない。
• p → K⁰e⁺ のモードは、非GUT SUSYモデルとGUTに基づくモデルを区別する明確な実験的シグネチャーとして機能する。