[논문 리뷰] LHC signatures and cosmological implications of the E6 inspired SUSY models

R. Nevzorov|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 19.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 18인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 추가적인 U(1)N 게이지 대칭을 가진 E6 유도 초대칭 모형을 조사하며, LHC 서명과 천체물리적 영향을 중점적으로 다룬다. $\tilde{Z}^{H}_{2}$ 대칭이 유해한 형광 변화 및 양성자 붕괴 과정을 억제함을 보여주며, 두 개의 고차원 양자역학적 군 분석을 통해 GUT 스케일 근처에서 준고정점 시나리오가 나타나고, 이로 인해 힉스 스펙트럼이 계층적으로 분리됨을 밝혀낸다. 이 모형은 경량 관성 중성노이트론과 더 무거운 NLSP를 포함하는 이중 암흑물질 후보를 예측하며, NLSP 질량이 2.5 GeV 이상일 경우 $h_1 \to \tilde{H}^{0}_2\tilde{H}^{0}_2$와 같은 이국적인 힉스 붕괴가 분해비율 최대 30%까지 가능하다.

ABSTRACT

The phenomenological implications of the E6 inspired supersymmetric models based on the Standard Model gauge group together with extra U(1)_N gauge symmetry under which right-handed neutrinos have zero charge are examined. In these models single discrete symmetry forbids the tree-level flavour changing processes and the most dangerous operators that violate baryon and lepton numbers. The two-loop renormalisation group flow of the gauge and Yukawa couplings is explored and the qualitative pattern of the Higgs spectrum in the case of the quasi-fixed point scenario is discussed. These E6 inspired models contain two dark-matter candidates. The presence of exotic states in these models gives rise to the nonstandard decays of the lightest Higgs boson which are also considered.

연구 동기 및 목표

• 추가적인 U(1)N 게이지 대칭을 포함한 E6 유도 초대칭 모형의 현상학적 및 천체물리적 영향을 탐색하는 것.
• $\tilde{Z}^{H}_{2}$ 이산 대칭이 위험한 형광 변화 및 쿼크/레프톤 수를 위반하는 연산자 억제에 미치는 역할를 분석하는 것.
• 게이지 및 양자역학적 상수의 두 개의 고차원 양자역학적 군 진화를 연구하며, 특히 GUT 스케일 근처에서의 준고정점 행동에 중점을 두는 것.
• 준고정점 시나리오 하에서 힉스 섹터 스펙트럼을 연구하며, 특히 힉스 상태의 계층적 질량 분리에 초점을 맞추는 것.
• 경량 관성 중성노이트론과 기브스 스케일의 NLSP를 포함하는 두 개의 암흑물질 후보가 모형 내에서 어떻게 기능하는지, 그리고 그 천체물리적 및 입자물리적 서명을 검토하는 것.

제안 방법

• $\tilde{Z}^{H}_{2}$ 대칭을 도입하여 대부분의 초대칭 장이 홀수로 간주되게 하여, 게이지 커플링의 통합을 유지하고, 고차원 FCNC 및 BSM 과정을 억제하는 것.
• 게이지 및 양자역학적 상수의 두 개의 고차원 양자역학적 군 방정식(RGEs)을 사용하며, $h_t$와 $\lambda$만 유의미한 것으로 간주하는 단순화된 가정을 적용하는 것.
• $\rho_t = h_t^2/g_3^2$ 및 $\rho_\lambda = \lambda^2/g_3^2$를 정의하여 $\rho_t$-$\rho_\lambda$ 평면에서의 RG 흐름을 분석하는 것.
• 준고정점 시나리오 하에서 힉스 섹터를 분석하며, 이 경우 힉스 질량 스펙트럼이 계층적으로 분리되어 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 상태가 표준모형 힉스에 유사해짐을 보이는 것.
• 가장 무거운 상태들이 가장 가벼운 상태들보다 훨씬 무거울 경우, CP-짝성 힉스 질량 행렬의 페르투르베이티브 대각화를 적용하는 것.
• BBN 및 LHC 탐지 제약 조건을 고려하여, 기브스 스케일의 NLSP를 통한 이국적인 힉스 붕괴 $h_1 \to \tilde{H}^{0}_2\tilde{H}^{0}_2$를 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 U(1)N를 포함한 E6 유도 초대칭 모형에서 게이지 및 양자역학적 상수의 두 개의 고차원 양자역학적 군 방정식은 어떻게 행동하며, 준고정점에 도달하는가?
• RQ2 준고정점 시나리오에서 힉스 질량 스펙트럼의 구조는 어떻게 되며, NMSSM와 비교해보면 어떠한가?
• RQ3 가장 가벼운 힉스 보손의 입자물리적 서명은 무엇인가, 특히 쌍의 NLSP로의 이국적 붕괴를 포함하여?
• RQ4 경량 관성 중성노이트론과 기브스 스케일의 NLSP라는 두 개의 암흑물질 후보는 천체물리적 제약 조건과 LHC 현상학에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 NLSP의 질량 범위는 무엇이 되어야 하며, 이는 BBN 과도한 생성을 피하기 위해 충분히 빠른 붕괴를 보장하면서도 관측 가능한 이국적 힉스 붕괴를 가능하게 하는가?

주요 결과

• g_2, g_1, g'_1의 두 개의 고차원 양자역학적 군 방정식은 전자기 스케일 근처에서 준고정점으로 수렴하며, GUT 스케일에서 $g_0 \simeq 1.5$일 경우 측정된 값에 가까운 커플링을 얻는다.
• 히iggs 섹터는 극도로 계층적인 스펙트럼을 보이며, 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 상태는 표준모형 힉스에 유사하고, 가장 무거운 상태들은 다수 테라전자볼트 범위를 초과한다.
• NLSP 질량이 2.5 GeV 이상일 경우, 이국적 붕괴 $h_1 \to \tilde{H}^{0}_2\tilde{H}^{0}_2$의 분해비율은 최대 30%까지 도달할 수 있다.
• NLSP 질량이 0.5 GeV 이하일 경우, 분해비율은 $10^{-3} - 10^{-4}$로 떨어져 이러한 붕괴는 무시할 수 있다.
• 가장 가벼운 관성 중성노이트론 ($\tilde{H}^{0}_1$)은 1 eV 이하이며 암흑물질 기여는 미미한 반면, 더 무거운 중성노이트론은 냉각 암흑물질 밀도의 전부 또는 일부를 담당할 수 있다.
• BBN 제약 조건에 따라 NLSP의 수명은 1초 이하로 제한되며, 이는 질량이 $m_{\tilde{H}^{0}_2} \gtrsim 100\,\text{MeV}$ 이상이 되어야 함을 의미한다. 따라서 2.5 GeV 이하의 질량은 관측 가능한 이국적 붕괴에 대해 덜 타당하다.