[論文レビュー] SU(5) unification for Yukawas through SUSY threshold effects

Ts. Enkhbat|ArXiv.org|Sep 30, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 11

ひとこと要約

本稿では、追加のヒッグス多重項を必要とせずに、最小的SU(5) GUTにおける最初の2世代のフェルミオンの問題的な質量比を、超対称スペクトラム内の大きなフレーバー対角的A項によって是正できると提唱する。特にグルーコンおよびチャージノのループによるSUSYしきい値補正を通じて、軽いフェルミオンのヨークハーゲン統一が実現され、$K^+ \to \pi^+\nu\bar{\nu}$崩壊に顕著な影響を及ぼす。一方、スフェルミオンは1 TeV未満に保たれ、FCNC制約にも適合する。

ABSTRACT

It is well known that the supersymmetric finite threshold effects can induce substantial corrections to the Standard Model fermion masses. This opens an alternative possibility to correct the problematic mass ratios of the lighter generations within the minimal SU(5) GUT. We show that with large soft A--terms, one can achieve simple unification for lighter generations without additional Higgs multiplet, while having sfermions lighter than 1 TeV. The presence of such large A--terms will distort the sfermion mass spectrum upon running from GUT scale down to the electroweak scale making it distinct from the universal SUSY breaking sector, especially in the first two generations. The implications of these splittings are studied in K and D meson oscillations and in rare processes D^+ -> pi^+ nu anti-nu and K^+ -> pi^+ nu anti-nu, and in the latter case the effect is found to be important.

研究の動機と目的

• 最小的SU(5) GUTが最初の2世代のフェルミオン間の正しい質量比を再現できないという問題を解決する。
• 追加のヒッグス表現を導入することなく、大きなソフト対称性破れA項がヨークハーゲンカップリングの不一致を是正できるかを検討する。
• このような補正がFCNC制約およびLHCの素粒子物理学的現象と整合するか、特にスフェルミオンが1 TeV未満である場合に検討する。
• これらのしきい値補正の物性的意味を、珍しいカリオン崩壊およびD中間子崩壊において評価する。
• このような効果がLHCまたはILCで、珍しい崩壊の分支比のずれを通じて探査可能かどうかを検討する。

提案手法

• グルーコン、チャージノ、ニュートラリノのループによる有限なSUSYしきい値補正を用い、木レベルの統一を超えた有効なヨークハーゲンカップリングを生成する。
• 非ユニバーサルなA項を用いて、フレーバー対角的だが世代依存のソフトSUSY破れパラメータをモデル化し、スフェルミオン質量の degeneracy を破る。
• 質量行列と混合角をMSSMスペクトルから取り入れたループ関数$I(x,y,z)$を用いて、ループ誘導補正$\delta Y_f$を計算する。
• 有効ラグランジュ形式を用いて、$\delta Y_q^G$、$\delta Y_f^N$、および$\delta Y_f^C$を介して、ダウン型および電荷付きレプトンのヨークハーゲンカップリングへの補正を導出する。
• 得られた修正されたヨークハーゲン行列を用いて、$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$ や $D^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$ などの珍しい過程の分支比を計算する。
• SUSYパラメータの数値スキャンを実施し、中程度から大きな$\tan\beta$および1 TeV未満のスフェルミオン質量に注目して、FCNC制約との整合性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小的SU(5) GUTにおける最初の2世代のフェルミオンの誤った質量比を、追加のヒッグス多重項を必要とせずに、大きなフレーバー対角的A項が是正できるか？
• RQ2 このような非ユニバーサルA項の物性的シグナルは、珍しいカリオン崩壊およびD中間子崩壊にどのような形で現れるか？
• RQ3 これらのしきい値補正は、$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$ の分支比にどのような影響を及ぼし、観測可能なレベルに向上させられるか？
• RQ4 スフェルミオンが1 TeV未満である場合に、FCNC制約、特に$\mu \to e\gamma$ と整合することができるか？
• RQ5 大規模なA項を持つMSSMにおいて、最初の2世代のヨークハーゲン統一を達成しつつ、ゲージ結合定数の統一を維持できる、実現可能なパラメータ空間が存在するか？

主な発見

• 大きなフレーバー対角的A項は、追加のヒッグス表現を必要とせずに、最小的SU(5) GUTにおける最初の2世代の誤ったSU(5)質量比を是正できる。
• 非ユニバーサルなA項によるスフェルミオン質量の分裂は、ユニバーサルなSUSY破れとは異なるスぺクトルを生じさせ、LHCまたはILCで検出可能である可能性がある。
• $D^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$ の分支比は、標準模型の値よりも4桁大きいと予測されるが、依然としてBESIII実験の感度以下である。
• 一方、$K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$ の分支比は、特定のパラメータ領域で顕著に増大し、この新しい物理学のプローブとして有望である。
• スフェルミオン質量が1 TeV未満で大規模なA項を持つ場合でも、FCNC制約（$\mu \to e\gamma$ を含む）と整合している。
• 補正は$\tan\beta \sim 10$から$\tan\beta \sim 30$の範囲で最も効果的であり、LEP IIが除外する小$\tan\beta$領域を避ける。