[論文レビュー] Weak-scale phenomenology of models with gauge-mediated supersymmetry breaking

Jonathan Bagger, K. Matchev+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、ゲージ媒介超対称性破れ（GMSB）モデルにおける弱いスケールの実験的性質を調査し、超対称パートナースペクトル、電弱対称性の自発的破れ、次に軽い超対称粒子（NLSP）の性質に注目する。本研究では、最軽い中性ノーマルが大きなヒッグス粒子成分（約50％）を有することが示され、その重力粒子およびヒッグス粒子への崩壊が抑制されている（<10⁻⁴）ことから、このような崩壊が観測されれば、非最小的ヒッグス系の存在を示唆する。

ABSTRACT

We study in some detail the spectral phenomenology of models in which supersymmetry is dynamically broken and transmitted to the supersymmetric partners of the quarks, leptons and gauge bosons, and the Higgs bosons themselves, via the usual gauge interactions. We elucidate the parameter space of what we consider to be the minimal model, and explore the regions which give rise to consistent radiative electroweak symmetry breaking. We include the weak-scale threshold corrections, and show how they considerably reduce the scale dependence of the results. We examine the sensitivity of our results to unknown higher-order messenger-sector corrections. We compute the superpartner spectrum across the entire parameter space, and compare it to that of the minimal supergravity-inspired model. We delineate the regions where the lightest neutralino or tau slepton is the next-to-lightest supersymmetric particle, and compute the lifetime and branching ratios of the NLSP. In contrast to the minimal supergravity-inspired model, we find that the lightest neutralino can have a large Higgsino component, of order 50%. Nevertheless, the neutralino branching fraction to the gravitino and the light Higgs boson remains small, &lt; 10^{-4}, so the observation of such a decay would point to a non-minimal Higgs sector.

研究の動機と目的

• 弱いスケールにおける最小限のゲージ媒介超対称性破れ（GMSB）モデルの超対称パートナースペクトルを分析すること。
• 電弱対称性の自発的破れを満たすパラメータ空間の領域を特定すること。
• 弱いスケールの臨界補正が物理的予測のスケール依存性をどのように低減するかを検討すること。
• スパルト粒子の質量および崩壊性質の観点から、GMSBモデルと最小限の超対称性に基づく超重力モデルを比較すること。
• 最軽い中性ノーマルまたはタウ slepton が次に軽い超対称粒子（NLSP）となる条件を特定し、その崩壊幅および分岐比を計算すること。

提案手法

• 著者らは、弱いスケールの臨界補正を含む1ループの整合性関係方程式を用いて、最小GMSBモデルの全パラメータ空間における超対称パートナースペクトルを計算した。
• 未知の高次の効果への感受性を評価するために、有限のメッセンジャー系補正を組み込んだ。
• 電弱対称性の自発的破れは、弱いスケールにおける境界条件を用いて整合性関係方程式を解くことで強制的に満たされた。
• 最軽い中性ノーマルの組成は、ヒッグス粒子成分およびビノ成分を含む中性ノーマル質量行列の対角化によって決定された。
• NLSPの崩壊幅および分岐比は計算され、特に重力粒子およびヒッグス粒子への崩壊に特に注目した。
• 定量的な比較を通じて、最小限の超対称性に基づく超重力モデルと結果を照合し、主要な臨床的差異を強調した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小限のGMSBモデルにおける超対称パートナースペクトルの構造は何か？ また、最小限の超対称性に基づく超重力モデルと比べてどう異なるか？
• RQ2 弱いスケールの臨界補正は、GMSBモデルにおける物理的予測のスケール依存性にどのように影響するか？
• RQ3 最小限のGMSBモデルにおいて、最軽い中性ノーマルまたはタウ slepton が次に軽い超対称粒子（NLSP）となる条件は何か？
• RQ4 NLSPが重力粒子およびヒッグス粒子に崩壊する分岐比は何か？ これはヒッグス系にどのような制限を課えるか？
• RQ5 最軽い中性ノーマルがどれほど大きなヒッグス粒子成分を有することができるか？ そして、その影響はその臨床的性質にどのように現れるか？

主な発見

• 最小限のGMSBモデルにおける最軽い中性ノーマルは、パラメータ空間の特定の領域で顕著なヒッグス粒子成分を有し、最大で約50％に達することがある。
• NLSPが重力粒子および軽いヒッグス粒子に崩壊する分岐比は10⁻⁴未満にまで抑制されており、このような崩壊が観測されれば、非最小的ヒッグス系の存在を明確に示唆する。
• 弱いスケールの臨界補正は、結果のスケール依存性を顕著に低減し、モデルの予測可能性を向上させる。
• 電弱対称性の自発的破れを一貫して満たすパラメータ空間が特定され、その全領域でスペクトルが計算された。
• 最小限の超対称性に基づく超重力モデルとは対照的に、本モデルは特に最軽い中性ノーマルの組成および崩壊性質において明確な臨床的特徴を示す。
• NLSPの寿命および分岐比は詳細に計算され、パラメータの選択に応じてタウ slepton および中性ノーマルの両方が実用的なNLSP候補として成立することが示された。