[論文レビュー] Weak Scale Leptogenesis, R-symmetry, and a Displaced Higgs

Keith Rehermann, Christopher M. Wells|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、弱いスケールの右手型ニュートリノとR対称性を備えた超対称的レプトゲネシスモデルを提案し、ニュートリノ質量が重力ヒンゴ質量に依存する。軽い右手型ニュートリノからの分散型ヒッグス崩壊と長寿命のNLSPを予測し、高スケールモデルの重力ヒンゴ問題を回避する一方で、LHCに特徴的な署名を提供する。

ABSTRACT

We present a supersymmetric model of leptogenesis in which the right-handed neutrinos have weak scale masses and O(10-2-10-3) yukawa couplings. The model employs an R-symmetry at the weak scale that forces neutrino masses to be proportional to the gravitino mass. We predict that the lightest right-handed neutrino decays to a displaced Higgs and neutrino and that the NLSP is long-lived on collider scales. These could be striking signatures at the LHC if, for instance, the right-handed neutrino is produced in a cascade decay.

研究の動機と目的

• R対称性と超対称性の破れを用いて弱いスケールで実現可能なレプトゲネシス機構を構築すること。
• R対称性を介してニュートリノ質量とレプトゲネシスを重力ヒンゴ質量に結びつけることにより、高スケールの力学を回避すること。
• LHC検出に適した、分散型ヒッグス崩壊や長寿命のNLSPを含む新しいコライダー署名を予測すること。
• すべての関連物理を弱いスケールに局在化させることで、重力ヒンゴ問題を解消すること。
• R対称性を活用してO(10⁻²–10⁻³)の結合定数を安定化させることで、ヤコビ・カップリングにおける微調整を回避すること。

提案手法

• モデルはMRSSMに右手型ニュートリノを追加し、メジャノア質量を禁止するためZ₄ᴿ R対称性を導入する。これにより、ニュートリノ質量はm₃/₂²/M_Nに比例する。
• R対称性の破れはSUGRAによって誘導され、コンformal補償子Φ = 1 + m₃/₂θ²を介して、重力ヒンゴ質量m₃/₂に比例するソフト質量が生成される。
• 最も軽い右手型ニュートリノ（N₁）はNLSPであり、N₁ → H + νの崩壊により、長寿命ゆえに分散型ヒッグスが生成される。
• R荷重+1のD型スプルロンD′を介したディラック型ゲージノ質量を用いることで、樹形レベルでR対称性が保たれる。
• μ項はZ₂対称性を用いたGiudice-Masiero機構により生成され、明示的なμ項を避ける。
• レプトゲネシスはN₁のCP非対称崩壊により実現され、非対称性はソフト質量スペクトルとヤコビカップリングに依存する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R対称性とR対称性を保つ超対称性の破れを用いて、弱いスケールでレプトゲネシスを実現できるか？
• RQ2 弱いスケールの右手型ニュートリノが分散型ヒッグスに崩壊する場合のコライダー署名は何か？
• RQ3 R対称性は弱いスケールのレプトゲネシスにおけるヤコビカップリングの微調整をどのように回避するか？
• RQ4 このモデルにおけるNLSPの寿命は何か？また、分散頂点を生成するのに十分な長寿命であるか？
• RQ5 すべてのレプトゲネシス力学を弱いスケールに置く場合、重力ヒンゴ問題は回避可能か？

主な発見

• 観測されたバリオン非対称性をレプトゲネシスによって生成するために、重力ヒンゴ質量は約1 MeVである必要がある。
• 最も軽い右手型ニュートリノ（N₁）は、分散型ヒッグスとニュートリノに崩壊し、LHCで特徴的な分散型ヒッグス署名を生成する。
• NLSP（ニュートラリノ）の寿命は、m₃/₂ ≈ 1 MeVおよびm_χ ≈ 100 GeVの条件下で約10⁻²秒であり、コライダースケールでは長寿命である。
• r場のヒッグス真空期待値はm₃/₂に比例し、これによりニュートリノ質量はm₃/₂²/M_Nに比例する。
• すべての関連する力学が弱いスケールに集中しているため、重力ヒンゴ問題を回避できる。これにより、再加熱温度がO(TeV)に達する。
• R対称性により、ヤコビカップリングが自然にO(10⁻²–10⁻³)に安定化され、他の弱いスケールレプトゲネシスモデルで一般的な微調整問題を回避できる。