[論文レビュー] Split Sfermion Families, Yukawa Unification and Muon g-2

Muhammad Adeel Ajaib, Ilia Gogoladze+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、第3世代のsfermion質量が第1・第2世代の質量と異なるsplit sfermion家族を持つ、超対称的SO(10)大統一模型を提案する。このモデルにより、t-b-τ Yukawa統一を達成するとともに、125 GeVのヒッグス粒子質量、宇宙背景放射のリリック密度、およびミュオンg-2の異常を満たす。非一様なゲージノ質量の下では、カラフルなスパートナ（スクォーク、グルーギノ）は5 TeV以上に重く、一方スムーオンとスタウは200 GeV程度に軽く、coannihilationと混合ビノ-ヒッグスィノ暗黒物質によりミュオンg-2の異常を解消可能である。

ABSTRACT

We consider two distinct classes of Yukawa unified supersymmetric SO(10) models with non-universal and universal soft supersymmetry breaking (SSB) gaugino masses at M_{ m GUT}. In both cases, we assume that the third family SSB sfermion masses at M_{ m GUT} are different from the corresponding sfermion masses of the first two families (which are equal). For the SO(10) model with essentially arbitrary (non-universal) gaugino masses at M_{ m GUT}, it is shown that t-b-τYukawa coupling unification is compatible, among other things, with the 125 GeV Higgs boson mass, the WMAP relic dark matter density, and with the resolution of the apparent muon g-2 anomaly. The colored sparticles in this case all turn out to be quite heavy, of order 5 TeV or more, but the sleptons (smuon and stau) can be very light, of order 200 GeV or so. For the SO(10) model with universal gaugino masses and NUHM2 boundary conditions, the muon g-2 anomaly cannot be resolved. However, the gluino in this class of models is not too heavy, \lesssim 3 TeV, and therefore may be found at the LHC.

研究の動機と目的

• 超対称的SO(10)大統一枠組み内でミュオンg-2の異常を解消すること。
• 125 GeVのヒッグス粒子質量とWMAPのリリック密度と整合するt-b-τ Yukawa統一が可能かどうかを調査すること。
• split sfermion家族を持つモデルにおいて、軽いスレプトン（スムーオン、スタウ）と重いカラフルなスパートナ（スクォーク、グルーギノ）の実現可能性を検討すること。
• GUTスケールでの非一様なゲージノ質量が、ミュオンg-2の異常を解消し、フラーバーおよび暗黒物質の制約を満たすかを検証すること。
• 特にグルーギノと軽いスレプトンのLHC発見可能性を高めるベンチマークポイントを同定すること。

提案手法

• M_GUTにおける非一様なスレプトン破れのソフト項（SSB）ゲージノ質量と、m_{16_3} ≠ m_{16_1,2} であるsplit sfermion質量を持つSO(10) GUTモデルを構築する。
• グルーギノ、第3世代sfermion、および三重項SSB相互作用の寄与が支配的なしきい値補正により、t-b-τ Yukawa統一を実現する。
• 1ループの整合性方程式を用いて、M_GUTから弱スケールまでSSBパラメータを進化させ、ヒッグス質量補正を含む。
• 125 GeVのヒッグス粒子質量、WMAPのリリック密度、B物理学（例：B→X_sγ）およびミュオンg-2の異常からの制約を適用する。
• 数値スキャンを用いて、すべての制約を満たすベンチマークポイントを同定し、R_{tbτ}-m_{16}およびR_{tbτ}-m_{ ilde{g}}平面における色分けされたプロットを用いる。
• 中性子-スタウ/スムーオンcoannihilationとビノ-ヒッグスィノ混合を用いて、暗黒物質のリリック密度を評価し、一様なゲージノ質量の場合はcoannihilationを除外する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非一様なゲージノ質量とsplit sfermion家族を持つSO(10) SUSYモデルで、t-b-τ Yukawa統一が達成可能か？
• RQ2 このようなモデルにおいて、観測された125 GeVのヒッグス粒子質量はt-b-τ Yukawa統一と整合するか？
• RQ3 この枠組みでミュオンg-2の異常は解消可能か？また、軽いスレプトンはどのような役割を果たすか？
• RQ4 非一様なゲージノ質量とsplit sfermionを持つモデルにおけるスパートナ質量スペクトル（特にグルーギノとスレプトン）はいかなるものか？
• RQ5 非一様および一様なゲージノ質量の両ケースにおいて、LSPは実現可能な暗黒物質候補か？

主な発見

• 非一様なゲージノ質量の下では、10%またはそれ以下の精度でt-b-τ Yukawa統一が達成可能であり、125 GeVのヒッグス粒子質量、WMAPのリリック密度、およびミュオンg-2の異常と整合する。
• スレプトン（スムーオンとスタウ）は200 GeVまで軽く、coannihilationとビノ-ヒッグスィノ混合による寄与により、ミュオンg-2の異常の解消に寄与可能である。
• カラフルなスパートナ（スクォークとグルーギノ）は5 TeV以上に重く予測され、LHC14では検出不能だが、将来の33 TeV LHCで発見可能である可能性がある。
• 一様なゲージノ質量と非一様なヒッグス質量を持つ場合、スレプトンが重すぎて（>4 TeV）、ミュオンg-2の異常は解消できず、LSPは実現可能な暗黒物質候補でない。
• 一様なゲージノ質量モデルではグルーギノが最も軽いカラフルなスパートナであり、質量は≤3 TeVであり、LHC14で発見可能である可能性がある。
• 非一様なゲージノ質量モデルのベンチマークポイントでは、m_{16_1,2} が m_{16_3} より4〜5倍軽く、すべての制約を満たすには m_{16_1,2} ≥ 4 TeV が必要である。