[논문 리뷰] Nmsgut-II: Fermion fits and soft supersymmetry spectra

Charanjit S. Aulakh, Sumit K. Garg|arXiv (Cornell University)|2008. 07. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 18개의 페르미온 질량 및 혼합 데이터 포인트를 맞추기 위해 210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ 힉스 체계를 사용하는 초대칭 SO(10) GUT 모델을 제시한다. 이 모델은 전기약력 대칭의 자동 회복과 통합을 달성하면서도, 렙토제네시스 범위(10⁸–10¹³ GeV) 내의 오른쪽 수성자 질량을 생성한다. 모델은 무거운 제3세대 스퍼펌이온, 가벼운 빈오 LSP, 그리고 B-파괴 비율 ~10⁻²⁸ yr⁻¹을 예측하며, 현재의 한계를 초월한다. 향후 개선 방안이 제안된다.

ABSTRACT

The supersymmetric SO(10) GUT based on the ${\bf{210\oplus 10\oplus 120\oplus 126\oplus {\bar {126}}}}$ Higgs system provides a minimal framework for the emergence of the R-parity exact MSSM at low energies and a viable supersymmetric seesaw explanation for the observed neutrino masses and mixing angles. We present formulae for MSSM decomposition of the superpotential invariants, tree level light charged fermion effective Yukawa couplings, Weinberg neutrino mass generation operator, and the $d=5,\Delta B=\Delta L eq 0$ effective superpotential in terms of GUT parameters. We use them to determine fits of the 18 available fermion mass-mixing data in terms of the superpotential parameters of the NMSGUT and SUGRY(NUHM) type soft supersymmetry breaking parameters ($\{m_{ ilde f},m_{1/2},A_0,M^2_{H,\bar H}\} $) specified at the MSSM one loop unification scale $M_X^0=10^{16.33} $ GeV. Our fits are compatible with electroweak symmetry breaking and Unification constraints and yield right-handed neutrino masses in the leptogenesis relevant range : $10^8-10^{13} $ GeV. Matching the SM data requires lowering the strange and down quark Yukawas in the MSSM via large $ an\beta$ driven threshold corrections and characteristic soft Susy breaking spectra. The Susy spectra have light pure Bino LSP, heavy exotic Higgs(inos) and large $ \mu,A_0,M_{H,\bar{H}}$ parameters $\sim 100$ TeV. Typically third generation sfermions are much \emph{heavier} than the first two generations. The smuon is often the lightest charged sfermion thus offering a Bino-CDM co-annihilation channel. The parameter sets obtained are used to calculate B violation rates which are found to be generically much faster($\sim 10^{-28}\, yr^{-1}$) than the current experimental limits. Improvements which may allow acceptable B violation rates are identified.

연구 동기 및 목표

• 210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ 힉스 체계에 기반한 최소 초대칭 SO(10) GUT 프레임워크를 구축하여, R-대칭 보존을 갖는 저에너지 MSSM을 재현한다.
• 초합성 페어링의 불변량과 효과적 양자수학 상수를 GUT 스케일 매개변수의 관점에서 MSSM 분해를 수행한다.
• GUT 스케일에서 초합성 페어링 및 SUGRY(NUHM)-유형의 소프트 SUSY 깨짐 매개변수를 사용하여 18개의 관측된 페르미온 질량 및 혼합 매개변수를 맞춘다.
• 전기약력 대칭의 자동 회복, 게이지 상수 통합, 그리고 세이브 메커니즘을 통한 관측된 중성자 질량과의 호환성을 확보한다.
• 특히 어두운 물질 공상산성과 양성자 붕괴 비율에 관해 결과 스펙트럼의 현상학적 타당성을 평가한다.

제안 방법

• 210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ 힉스 체계에서 GUT 초합성 페어링의 수준에서 낮은 에너지의 빛난 전하 페르미온 효과적 양자수학 상수를 분석적 공식으로 유도한다.
• 웨인버그 연산자와 d=5, ΔB=ΔL≠0 효과적 초합성 페어링를 계산하여 중성자 질량과 혼합 각도를 결정한다.
• M_X⁰ = 10¹⁶.³³ GeV에서 GUT 스케일의 초합성 페어링 매개변수와 SUGRY(NUHM)-유형의 소프트 SUSY 깨짐 매개변수(m_~f, m_{1/2}, A₀, M²_{H,H̄})를 사용하여 페르미온 데이터를 맞춘다.
• 큰 이국성 비율(β-함수) 기반의 임계 보정을 적용하여 MSSM에서 스트랭지 및 다운 쿼크 양자수학 상수를 SM 데이터와 일치시키기 위해 낮춘다.
• 수치적 스캔을 통해 통합, EWSB, 중성자 질량 제약 조건을 모두 만족하는 타당한 매개변수 조합을 식별한다.
• d=5 연산자를 통한 양성자 붕괴 비율을 평가하고, 빈오-유사 LSP 어둠운 물질의 공상산성 채널을 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SO(10) GUT 프레임워크 내에서 210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ 힉스 체계가 18개의 측정된 페르미온 질량과 혼합 각도를 일관적으로 재현할 수 있는가?
• RQ2 전기약력 대칭의 자동 회복과 게이지 상수 통합을 달성하기 위해 GUT 스케일에서 필요한 초합성 페어링 및 소프트 SUSY 깨짐 매개변수의 값은 무엇인가?
• RQ3 결과로 도출된 초대칭 스펙트럼은 렙토제네시스에 적합한 범위(10⁸–10¹³ GeV) 내의 오른쪽 수성자 질량을 예측하는가?
• RQ4 예측된 스퍼펌이온 질량 스펙트럼을 고려할 때, 특히 빈오-CDM 공상산성에 대해 어둠운 물질에 어떤 함의가 있는가?
• RQ5 d=5 연산자를 통한 양성자 붕괴 예측 비율이 현재의 실험 한계와 일치하는가, 아니면 억제하기 위해 새로운 물리학이 필요한가?

주요 결과

• 모델은 M_X⁰ = 10¹⁶.³³ GeV에서 초합성 페어링 및 SUGRY(NUHM)-유형의 소프트 SUSY 깨짐 매개변수를 사용하여 모든 18개의 페르미온 질량 및 혼합 매개변수를 성공적으로 맞춘다.
• 오른쪽 수성자 질량은 10⁸–10¹³ GeV 범위 내에서 발견되었으며, 열적 렙토제네시스 요구 조건과 일치한다.
• 소프트 SUSY 깨짐 스펙트럼은 가벼운 빈오 LSP, 매우 무거운 이국성 힉시스, 그리고 큰 μ, A₀, M²_{H,H̄} 매개변수(~100 TeV)를 포함한다.
• 제3세대 스퍼펌이온은 제1 및 제2세대보다 상당히 무겁고, 스무온이 종종 가장 가벼운 전하를 띤 스퍼펌이온이 된다.
• 모델은 약 ~10⁻²⁸ yr⁻¹ 수준의 양성자 붕괴 비율을 예측하며, 이는 일반적으로 현재의 실험 한계보다 훨씬 빠르다.
• 논문은 특정 페어링 구조나 비균일한 소프트 항목을 통해 양성자 붕괴를 수용 가능한 수준으로 억제할 수 있는 잠재적 개선 방안을 규명한다.