[論文レビュー] Supersymmetry and R-parity: an Overview

Rabindra N. Mohapatra|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、最小超対称標準模型（MSSM）およびその拡張におけるR対称性の破れ（RPV）の明快な理論的概要を提供し、局所的B-L対称性を有する最小超対称理論では、RPVが自然に必要となることを強調している。RPVは、ダークマター、コライダー信号、バリオゲネシスの素粒子物理学的研究において不可欠であると主張している。

ABSTRACT

This article provides a brief overview of some of the theoretical aspects of R-parity violation (RPV) in the minimal supersymmetric standard model (MSSM) and its extensions. Both spontaneous and explicit RPV models are discussed and some consequences are outlined. In particular, it is emphasized that the simplest supersymmetric theories based on local B-L predict that R-parity must be a broken symmetry, a fact which makes a compelling case for taking R-parity breaking seriously in discussions of supersymmetry phenomenology.

研究の動機と目的

• MSSMおよびその拡張におけるR対称性の破れ（RPV）の理論的基盤を検討すること。
• 局所的B-L対称性を有する最小超対称理論においてRPVがどのように自然に生じるかを調査すること。
• RPVの素粒子物理学的結果、特にダークマター、コライダーの信号、バリオゲネシスへの影響を評価すること。
• 大統一理論（GUT）におけるR対称性の役割を明らかにすること、特にSU(5)およびSO(10)モデルにおけるもの。
• B-Lに基づく実現可能なモデルにおいて理論的に必然であるため、RPVを超対称理論の素粒子物理学的研究において真剣に検討すべきであると主張すること。

提案手法

• MSSMの超ポテンシャルを分析し、R対称性を $(-1)^R = (-1)^{3(B-L)+2S}$ で定義される対称性として特定する。ここでB, L, Sはバリオン数、レプトン数、スピンを表す。
• 明示的および自発的R対称性の破れを区別し、両者がゲージ対称性の破れのパターンからどのように生じるかを示す。
• 局所的B-L対称性が超ポテンシャルにおけるRPV項を生成する役割を検討し、特にB-Lヒッグス場の真空期待値によって生じることを示す。
• SO(10) GUTにおけるRPVの影響を検討し、16または126表現による標準模型への対称性の破れのパターンが、低エネルギー理論におけるRPVまたはRPCのどちらであるかを決定することを示す。
• 崩壊幅 $\Gamma \sim \kappa_i^2 / M_{Pl}^2 m_{\tilde{g}}^3$ を用いて、RPVモデルにおける重gravitinoの安定性を評価する。
• RPV項、例えば $\lambda'_{ijk} \hat{L} \hat{L} \hat{Q}$ および $\lambda_{ijk} \hat{L} \hat{Q} \hat{U}^c$ が、陽子崩壊、レプトン数の破れ、およびコライダー信号を引き起こす仕組みをレビューする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所的B-L対称性を有する最小超対称理論において、なぜR対称性の破れが必然的に生じるのか。
• RQ2 SO(10)が16表現または126表現のヒッグス場を介して標準模型に崩壊する場合、低エネルギー理論におけるR対称性構造にどのような影響を与えるか。
• RQ3 R対称性の破れの宇宙論的および素粒子物理学的結果、特にダークマターの安定性に関するものとは何か。
• RQ4 RPVモデルにおいて重gravitinoは、どのような条件下で安定な長寿命のダークマター候補として成立するのか。
• RQ5 SU(5)およびSO(10) GUTにおけるRPV項が、コライダーでの観測信号や希少過程においてどのように顕在化するのか。

主な発見

• 局所的B-L対称性を有する標準模型の最小超対称拡張では、R対称性は根本的な対称性ではなく、B-Lヒッグス場の真空期待値によって自発的に破られる。
• SO(10) GUTでは、16-ペクトルヒッグス場による対称性の破れはRPVを生じるが、126-ペクトルによる破れはR対称性を保存する。
• RPVモデルにおいて重gravitinoは、寿命 $\tau_{\tilde{g}} \sim 192\pi^3 M_{Pl}^2 / (\kappa_i^2 m_{\tilde{g}}^3)$ が非常に長く、$\kappa_i \sim 10^{-7}$ のとき宇宙の年齢を超える可能性がある、長寿命なダークマター候補となり得る。
• SO(10)モデルにおいて $\chi \equiv {\bf 16}_H$ フィールドを用いる場合、$\lambda'_{ijk} \hat{L} \hat{L} \hat{Q}$ および $\lambda_{ijk} \hat{L} \hat{Q} \hat{U}^c$ のRPV項が生成され、レプトン数の破れおよび陽子崩壊が生じる。
• RPVモデルでは従来の中性レプトンのダークマター候補は不安定になるため、重gravitinoなどの代替のダークマター候補が必要となる。
• RPVは、宇宙のバリオン非対称性を生成する自然な枠組みを提供し、一部の実験で観測されたレプトン信号の異常を重gravitinoの崩壊によって説明できる可能性を有する。