[論文レビュー] Surprising phenomenology in the non-Universal U(1) gauge extended $\mu u$SSM

Víctor Martín Lozano, Santiago Oviedo Casado|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 49被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、非ユニバーサルU(1)ゲージ拡張であるµνSSMの拡張を提案し、特異な物質を導入せずに、すべての場に離散的で世代依存のU(1)X荷重を割り当てることで異常をキャンセルする。得られるモデルは有効なR対称性を保ち、陽子安定性を確保し、非ユニバーサル性に起因する軽いZ′ボソンの存在を許容する。これにより、ヒッグス荷重に依存するアイソスピン破れ相互作用を持つ新しいダークマターの実験的性質が可能になる。

ABSTRACT

So far the most sophisticated experiments have shown no trace of new physics at the TeV scale. Consequently, new models with unexplored parameter regions are necessary to explain current results, re-examine the existing data, and propose new experiments. In this Letter, we present a modified version of the $\mu u$SSM supersymmetric model where a non-Universal extra U(1) gauge symmetry is added in order to restore an effective R-parity that ensures proton stability. We show that anomalies equations cancel without having to add \emph{any} exotic matter, restricting the charges of the fields under the extra symmetry to a discrete set of values. We find that it is the viability of the model through anomalies cancellation what defines the conditions in which fermions interact with dark matter candidates via the exchange of $Z'$ bosons. The strict condition of universality violation means that LHC constraints for a $Z'$ mass do not apply directly to our model, allowing for a yet undiscovered relatively light $Z$', as we discuss both in the phenomenological context and in its implications for possible flavour changing neutral currents. Moreover, we explore the possibility of isospin violating dark matter interactions; we observe that this interaction depends, surprisingly, on the Higgs charges under the new symmetry, both limiting the number of possible models and allowing to analyse indirect dark matter searches in the light of well defined, particular scenarios.

研究の動機と目的

• 超対称的モデルにおけるµ問題とニュートリノ質量生成を解決すると同時に陽子安定性を保つこと。
• µνSSMに非ユニバーサルU(1)ゲージ対称性を拡張し、特異な物質を必要とせず有効なR対称性を回復すること。
• 特異な粒子を追加することなく、標準模型およびµνSSMの場のみを用いてゲージ異常をキャンセルすること。
• 非ユニバーサルU(1)X荷重の物性的結果、特にZ′の物性とダークマター相互作用に及ぼす影響を調査すること。
• 異常キャンセリングを満たし、低エネルギー物理に妥当な現象論を可能にする離散的で制限された荷重割り当てを同定すること。

提案手法

• クォーク、レプトン、ヒッグス、右手性ニュートリノのすべてのスーパーフィールドに世代別U(1)X荷重を割り当て、ユニバーサル性を破ること。
• 特異な物質がない制約の下で、完全な異常キャンセリング条件（三角形異常、重力的異常、混合異常）を解くこと。
• 有効なスーパーポテンシャルとソフト破れ項を導出し、質量階層を生成する非ホロモーフィックヤコビカップリングを含めること。
• U(1)X荷重に応じたフェルミオン-Z′カップリングを計算し、世代およびクォークダブルット成分に依存することを示すこと。
• LHCにおけるZ′生成に関する制約の影響を分析し、荷重の非ユニバーサル性により標準的な制約が直接適用されないことを示すこと。
• 最も軽いZ′が媒介するダークマター相互作用を調査し、ヒッグス荷重に依存するアイソスピン破れカップリングに焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非ユニバーサルU(1)拡張µνSSMにおける異常は、特異な物質を導入せずにキャンセル可能か？
• RQ2 すべての異常キャンセリング条件を満たし、有効なR対称性を保つ離散的で制限されたU(1)X荷重の集合は何か？
• RQ3 非ユニバーサルU(1)X荷重割り当ては、LHCにおけるZ′生成と検出にどのように影響するか？
• RQ4 Z′がフェルミオンおよびダークマターとカップリングする仕組みは、特にアイソスピン破れにどのように依存するか？
• RQ5 ヒッグスセクターの荷重はアイソスピン破れダークマター相互作用を引き起こすことができ、これは間接検出実験にどのような制約を課えるか？

主な発見

• 非ユニバーサルU(1)µνSSMにおいて、特異な物質を用いずに、離散的で世代依存のU(1)X荷重を割り当てることで異常キャンセリングが達成される。
• モデルは有効なR対称性を保ち、陽子安定性を確保し、危険なバリオン数・レプトン数破れ項を禁止する。
• 妥当な荷重割り当ての数は離散的集合に制限され、モデルの可能な物性的性質を制約する。
• 非ユニバーサルU(1)X荷重は、各フェルミオン世代およびアップ型・ダウン型クォーク間で異なるZ′カップリングを生じさせ、標準的なLHCにおけるZ′生成制約が無効化される。
• LHCのユニバーサルカップリングに基づく制約が適用されないため、このモデルでは1 TeV未満の軽いZ′ボソンが妥当に存在可能である。
• アイソスピン破れダークマター相互作用が自然に生じ、ヒッグス場のU(1)X荷重にのみ依存する。これは直接および間接検出実験で探査可能である。