[논문 리뷰] A Predictive Yukawa Unified SO(10) Model: Higgs and Sparticle Masses

Muhammad Adeel Ajaib, Ilia Gogoladze외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 t-b-τ 요크 상수 결합 통일을 갖는 예측 가능한 초대칭 SO(10) 대통합 모형을 제안하며, 임계 보정과 무거운 스토퍼 쿼크가 자연스럽게 125 GeV 정도의 힉스 보손 질량을 예측함을 보여준다. 두 가지 독립적인 스펙트럼 계산기(Isajet 및 SuSpect)를 사용하여 이 예측의 강건성을 확인하고, 약 600 GeV 수준의 CP-홀드 힉스 보손과 3 TeV 이상의 색깔을 가진 스파article를 규명하였으며, 중성미노 어두운 물질 후보가 스토우와 공멸하여 올바른 잔류 밀도를 달성함을 밝혔다.

ABSTRACT

We revisit a class of supersymmetric SO(10) models with t-b-tau Yukawa coupling unification condition, with emphasis on the prediction of the Higgs mass. We discuss qualitative features in this model that lead to a Higgs mass prediction close to 125 GeV. We show this with two distinct computing packages, Isajet and SuSpect, and also show that they yield similar global features in the parameter space of this model. We find that t-b-tau Yukawa coupling unification prefers values of the CP-odd Higgs mass m_{A} to be around 600 GeV, with all colored sparticle masses above 3 TeV. We also briefly discuss prospects for testing this scenario with the ongoing and planned direct dark matter detection experiments. In this class of models with t-b-tau Yukawa unification, the neutralino dark matter particle is heavy (m_{ ildeχ_1^{0}} \gtrsim 400 m \ GeV), which coannihilates with a stau to yield the correct relic abundance.

연구 동기 및 목표

• SO(10) GUT 프레임워크 내에서 t-b-τ 요크 상수 결합 통일이 자연스럽게 125 GeV의 힉스 보손 질량을 예측할 수 있는지 조사하기.
• Isajet 7.84 및 SuSpect 2.41와 같은 두 가지 독립적인 스펙트럼 계산 도구를 사용하여 이 예측의 강건성을 평가하기.
• 요크 상수 통일이 스파article 질량, 힉스 섹터 성질, 어둠의 물질 잔류 밀도에 미치는 영향을 규명하기.
• LHCb에서 관측한 Bs→μ⁺μ⁻ 붕괴와 직접 어둠의 물질 탐지 실험의 제약 조건을 고려할 때 모형의 타당성을 평가하기.

제안 방법

• t-b-τ 요크 상수 결합 통일을 달성하기 위해 GUT 스케일에서 비균일한 소프트 초대칭 위반 게이지노 질량과 균일한 힉스 소프트 질량을 사용한다.
• 하나의 CP-짝성 힉스 질량에 영향을 주는 바닥 쿼크 요크 상수에 대한 임계 보정을 계산한다.
• 두 가지 독립적인 스펙트럼 생성기인 Isajet 7.84 및 SuSpect 2.41를 사용하여 힉스 질량 예측을 평가하고 결과의 상호 검증을 가능하게 한다.
• t-b-τ 요크 상수 결합 통일(5% 이내), 자동 전자약 대칭 붕괴, 스토우-중성미노 공멸을 통한 잔류 밀도 제약 조건 하에서 매개변수 공간을 스캔한다.
• 중성미노-핵자 스핀 독립 및 스핀 의존 산란 횡단면을 사용하여 어둠의 물질 직접 탐지 횡단면을 계산한다.
• 특히 허수 힉스 교환에 의한 (tanβ)⁶/mₐ⁴ 의존성에 따라 LHCb의 Bs→μ⁺μ⁻ 붕괴 측정치에 제약 조건을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SO(10) GUT 모형 내에서 t-b-τ 요크 상수 결합 통일이 일관되게 125 GeV의 힉스 보손 질량을 예측할 수 있는가?
• RQ2 이 모형에서 임계 보정은 힉스 질량 예측에 어떤 영향을 미치며, 무거운 스토퍼 쿼크는 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 요크 상수 통일 조건 하에서 Isajet와 SuSpect의 결과가 힉스 및 스파article 질량 예측에서 어느 정도 일치하는가?
• RQ4 엄격한 요크 상수 통일(≤5%) 조건 하에서 CP-홀드 힉스 및 기타 스파article의 예상 질량은 무엇인가?
• RQ5 모형은 스토우-중성미노 공멸을 통해 올바른 어둠의 물질 잔류 밀도를 설명할 수 있으며, 현재의 직접 탐지 제약 조건과 일치하는가?

주요 결과

• t-b-τ 요크 상수 결합 통일이 5% 이내일 경우, 모형은 약 125 GeV의 가벼운 CP-짝성 힉스 보손 질량을 예측하며, ATLAS 및 CMS 관측 결과와 일치한다.
• CP-홀드 힉스 보손 질량은 약 600 GeV로 예측되며, YU가 5% 이내일 경우 400 GeV에서 1 TeV의 범위를 가진다.
• 색깔을 가진 스파article, 특히 글루아노를 포함하여, 3 TeV 이상으로 예측되며, 현재 LHC 제약 조건을 우회하지만 14 TeV 운행에서 잠재적으로 접근 가능할 수 있다.
• 가장 가벼운 중성미노의 질량은 무거운 편(mχ̃₁⁰ ≳ 400 GeV)이며, 스토우와의 공멸을 통해 올바른 잔류 밀도가 달성되며 천체 관측 결과와 일치한다.
• 중성미노-핵자 스핀 독립 및 스핀 의존 산란 횡단면은 현재 실험 감도 이하로 계산되어, 직접 탐지 실험에 대해 타당한 모형으로 간주된다.
• 모형은 LHCb의 Bs→μ⁺μ⁻ 붕괴 측정치와 일치하며, tanβ ≈ 47 및 mₐ ≈ 600 GeV 조건 하에서 (tanβ)⁶/mₐ⁴ 의존성이 충족된다.