[논문 리뷰] Fermion masses and mixings in SO(10) models and the neutrino challenge to SUSY GUTs

Stefano Bertolini, Michal Malinský외 1명|arXiv (Cornell University)|2006. 05. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 45

한 줄 요약

이 논문은 페르미온 질량과 혼합을 SO(10) 대Unified 이론에서 하나의 10_H와 하나의 ¯126_H 힉스를 가진 경우에 대해 분석하며, 중성미오 질량의 유형-I 및 유형-II seesaw 메커니즘 간의 상호작용을 조사한다. 분석 결과, 재규격화 가능한 힉스 구조를 가진 최소 초대칭 SO(10) GUT는 페르미온 데이터를 일관되게 재현하지 못하며, 이는 게이지 통합에 대해 비초대칭 시나리오가 필요하다는 강력한 시사점을 제공한다.

ABSTRACT

We present a detailed study of the quark and lepton mass spectra in a SO(10) framework with one 10_H and one \bar{126}_H Higgs representations in the Yukawa sector. We consider in full generality the interplay between type-I and type-II seesaws for neutrino masses. We first perform a \chi^2 fit of fermion masses independent on the detailed structure of the GUT Higgs potential and determine the regions in the parameter space that are preferred by the fermion mass sum rules. We then apply our study to the case of the minimal renormalizable SUSY SO(10) GUT with one 10_H, one \bar{126}_H, one 126_H, and one 210_H Higgs representations. By requiring that proton decay bounds are fulfilled we identify a very limited area in the parameter space where all fermion data are consistently reproduced. We find that in all cases gauge coupling unification in the supersymmetric scenario is severely affected by the presence of lighter than GUT (albeit B-L conserving) states. We then conclusively show that the minimal supersymmetric SO(10) scenario here considered is not consistent with data. The fit of neutrino masses with type-I and type-II seesaws within a renormalizable SO(10) framework strongly suggests a non-SUSY scenario for gauge unification.

연구 동기 및 목표

• SO(10) 모델에서 중성미오 질량 생성을 위한 유형-I 및 유형-II seesaw 메커니즘 간의 상호작용을 분석하기 위해.
• GUT 힉스 포텐셜의 구조에 의존하지 않는 쿼크 및 렙톤 질량의 χ^2 피팅을 수행하기 위해.
• 10_H, ¯126_H, 126_H, 210_H 힉스 표현을 포함한 최소 재규격화 가능한 초대칭 SO(10) GUT가 페르미온 데이터와 양성자 붕괴 한계와 일관된지 테스트하기 위해.
• 초대칭 시나리오에서 GUT보다 가벼운 B-L 보존 상태의 영향을 게이지 커플링 통합에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 최소 초대칭 SO(10) 프레임워크가 모든 페르미온 질량과 혼합 데이터를 일관되게 재현할 수 있는지 확인하기 위해.

제안 방법

• SO(10) 모델에서 10_H 및 ¯126_H 힉스 표현을 포함한 전체 매개변수 공간을 사용하여 페르미온 질량과 혼합에 대해 χ^2 피팅 절차를 적용하였다.
• 중성미오 질량에 대한 유형-I 및 유형-II seesaw 기여를 동등하게 다루었으며, 하나가 다른 것을 지배한다고 가정하지 않았다.
• 모델은 10_H, ¯126_H, 126_H, 210_H 힉스 표현을 포함하는 최소 재규격화 가능한 초대칭 SO(10) GUT로 확장되었다.
• 양성자 붕괴 제약 조건은 특히 126_H 및 210_H 기여에 영향을 미치는 매개변수 공간에 엄격한 제약을 가했다.
• 게이지 커플링 통합은 GUT보다 가벼운 상태가 B-L 대칭을 힉스 혼합을 통해만 위반하는 경우를 고려하여 수치적으로 평가되었다.
• 예측된 페르미온 질량과 혼합을 모든 세대에 걸쳐 실험 데이터와 비교함으로써 모델의 일관성을 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 10_H, ¯126_H, 126_H, 210_H 힉스 표현을 포함한 최소 재규격화 가능한 초대칭 SO(10) GUT가 동시에 모든 페르미온 질량과 혼합을 재현할 수 있는가?
• RQ2 이 초대칭 SO(10) 프레임워크에서 양성자 붕괴 제약 조건을 적용할 경우 허용 가능한 매개변수 공간은 어떻게 되는가?
• RQ3 재규격화 가능한 SO(10) 모델에서 유형-I 및 유형-II seesaw 메커니즘이 공동으로 중성미오 질량 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 GUT보다 가벼운 B-L 보존 상태가 초대칭 시나리오에서 게이지 커플링 통합을 어느 정도 방해하는가?
• RQ5 유형-I 및 유형-II seesaw 메커니즘을 모두 포함하는 SO(10) 모델에서 관측된 페르미온 질량 스펙트럼은 비초대칭 GUT 완성으로 이르는가?

주요 결과

• 지정된 힉스 구성이 있는 최소 재규격화 가능한 초대칭 SO(10) GUT는 양성자 붕괴 제약 조건을 적용한 후에도 모든 페르미온 데이터를 일관되게 재현하지 못한다.
• 모든 제약 조건을 만족하는 매개변수 공간의 매우 제한된 영역이 존재하며, 이 영역은 성공적인 게이지 커플링 통합과 호환되지 않는다.
• GUT보다 가벼운 상태가 조건부로 B-L 보존이더라도, 초대칭 시나리오에서 게이지 커플링 통합을 심각하게 방해한다.
• 재규격화 가능한 SO(10) 모델에서 유형-I 및 유형-II seesaw의 상호작용은 GUT의 비초대칭 완성에 강한 경향을 보인다.
• 연구 결과는 최소 초대칭 SO(10) 모델이 현재의 페르미온 데이터와 양성자 붕괴 한계와 일관되지 않음을 시사한다.
• 결과적으로, SO(10)에서의 게이지 통합은 유지를 위해 비초대칭 프레임워크가 필요할 가능성이 매우 높다.