[論文レビュー] Unification with and without Supersymmetry: Adjoint SU(5)

P. Perez|ArXiv.org|Oct 5, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、SU(5)ゲージ対称性に基づく2つの最小限で再規格化可能な大統一理論（GUT）を提案する。1つは非超対称で、もう1つは超対称であり、両者とも隣接表現を用いてタイプIIIシーイングメカニズムによりニュートリノ質量を生成する。これらのモデルはゲージカップリングの統一を達成し、1つのニュートリノが質量ゼロであると予測し、慎重なヒッグス系の設計により陽子崩壊を抑制する。これにより、実際のフェルミオン質量とニュートリノ質量を木レベルで説明できる、最小限の実現可能な再規格化可能なSU(5) GUTが得られる。

ABSTRACT

I present two new renormalizable grand unified theories where the neutrino masses are generated through the type I and type III seesaw mechanisms. These theories can be considered as the simplest (SUSY) renormalizable grand unified theories based on the SU(5) gauge symmetry. Several phenomenological and cosmological aspects of these proposals are discussed.

研究の動機と目的

• SU(5)に基づく、ニュートリノ質量とフェルミオン質量階層を説明できる、最小限の再規格化可能な大統一理論を構築すること。
• ジョルジ・グラッシュモデルと最小限のSUSY SU(5)が、電荷を帯びたフェルミオンの質量関係を再現できず、ニュートリノ質量を生成できないという問題を解決すること。
• 隣接フェルミオン多重に依存するタイプIIIシーイングメカニズムを実装し、ニュートリノ質量を木レベルで生成すること。
• ゲージカップリングの統一と陽子崩壊制約と両立すること。
• レプトゲネシスやLHCでの軽いスカラーレプトクォークの可能性といった、素粒子物理学的および宇宙論的影響を調査すること。

提案手法

• タイプIIIシーイングメカニズムによるニュートリノ質量生成を媒介する、SU(5)の隣接表現におけるフェルミオン多重に導入する。
• ヒッグス場を5_H、24_H、45_Hの表現に配置することで、フェルミオン質量の統一とニュートリノ質量を達成する非超対称モデルを構築する。
• 最小限のSUSY SU(5)モデルを拡張し、隣接表現にチャーミカル超多重を追加し、45_Hおよび24_Hのヒッグス表現を含めることで、再規格化可能性と物質数の保存を維持する。
• 物質数の保存を用いて、危険な次元4の陽子崩壊項を禁止し、最軽い中性ノイザーが安定したダークマター候補であることを保証する。
• 45_H表現を通じた高次元相互作用を用いて、正しい電荷を帯びたフェルミオンの質量関係を生成し、Y_E = Y_D^T問題を回避する。
• 重い状態を積分して有効な陽子崩壊項を計算し、5_H、24_H、45_H多重に共通するスカラーパートナーやゲージパートナーより媒介されるLLLLおよびRRRR型の寄与に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 木レベルでタイプIIIシーイングメカニズムによりニュートリノ質量を生成できる、最小限で再規格化可能なSU(5) GUTを構築できるか？
• RQ2 最小限のSU(5) GUTで問題となるY_E = Y_D^T関係を、再規格化可能性を保ちつつどのように解決できるか？
• RQ3 このようなモデルにおける陽子崩壊断面積と主要崩壊チャネルは何か？ そして、それらは現在の実験的上限以下に抑制できるか？
• RQ4 木レベルで1つのニュートリノが質量ゼロであるという条件のもとで、レプトゲネシスは実現可能か？
• RQ5 LHCや将来のe+e−衝突機でテスト可能な、例えば軽いスカラーレプトクォークのようなコライダーのシグネチャは何か？

主な発見

• 非超対称な隣接SU(5)モデルは、最小限のヒッグス系（5_H、24_H、45_H）のみを用いて、タイプIIIシーイングメカニズムによりニュートリノ質量を効果的に生成する。
• モデルは木レベルで1つのニュートリノが質量ゼロであると予測し、宇宙のバリオン非対称性を説明できる有効なレプトゲネシス機構を可能にする。
• 次元5および次元6のオペレーターの精密なキャンセレーションを通じて陽子崩壊が抑制され、主要な寄与は5_H、24_H、45_H多重のスカラーパートナーによって媒介される。
• 超対称版のモデルは物質数を保存し、危険な次元4の陽子崩壊項を禁止し、最軽い中性ノイザーが安定したダークマター候補であることを保証する。
• モデルは量子数Φ_b = (3,2,1/6) の軽いスカラーレプトクォークの存在を予測し、LHCや将来のe+e−衝突機で生成可能である。
• 陽子崩壊の全寿命の上限はτ_p^upper ≤ 2×10^36年と推定され、将来的な陽子崩壊実験でテスト可能である。