[논문 리뷰] Nmsgut II: Pinning the Nmsgut@LHC

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

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 15인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 R-포탄 보존을 유지하는 MSSM 현상학과 중성미온 질량에 대한 타당한 세이스와 메커니즘을 달성하기 위해 210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ 힉스 체계를 사용하는 최소한의 초대칭 SO(10) GUT 모델을 제시한다. 모델은 요크 상수, Weinberg 연산자, d=5 R-포탄 위반 연산자에 대한 해석적 표현을 유도하며, GUT 스케일에서 18개의 페르미온 질량-혼합 매개변수를 피팅하고, 결과적으로 초과하는 SUSY 스펙트럼이 B-파괴율 ~10⁻²⁸ yr⁻¹을 예측한다—이는 실험적 한계를 훨씬 초월하며, 타당성을 확보하기 위해 모델의 추가 정교화가 필요함을 시사한다.

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

• 낮은 에너지에서 자연스럽게 R-포탄 보존을 유지하는 MSSM을 실현하는 최소한의 초대칭 SO(10) GUT 프레임워크를 구축하는 것.
• 210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ 힉스 체계를 사용하여 중성미온 질량과 혼합 각도에 대한 타당한 세이스와 메커니즘을 제공하는 것.
• GUT 스케일 매개변수에 따라 초합성파라미터 및 효과적 연산자의 전체 집합을 초합성파라미터로 표현하는 것.
• GUT 초합성파라미터와 SUGRY(NUHM)-유형의 소프트 SUSY 붕괴 매개변수를 동시에 사용하여 18개의 페르미온 질량 및 혼합 데이터 포인트를 피팅하는 것.
• 전자약 대칭 붕괴, 통합, 현재의 양성자 붕괴 및 B-파괴 제약 조건에 따른 모델의 타당성을 평가하는 것.

제안 방법

• NMSGUT 프레임워크에서 초합성파라미터 불변량의 MSSM 분해에 대한 해석적 공식을 유도하는 것.
• GUT 스케일 매개변수에서 트리 수준의 가벼운 전하 페르미온 효과적 요크 상수를 계산하는 것.
• Weinberg 연산자와 d=5, ΔB=ΔL≠0 효과적 초합성파라미터를 GUT 스케일 매개변수로 표현하는 것.
• GUT 초합성파라미터와 SUGRY(NUHM)-유형의 소프트 SUSY 붕괴 매개변수를 사용하여 18개의 페르미온 질량 및 혼합 데이터 포인트를 한계점에서의 통합 스케일 MX⁰ = 10¹⁶.³³ GeV에서 전역 피팅하는 것.
• 전자약 대칭 붕괴 및 게이지 상수 통합 제약 조건을 적용하여 타당한 매개변수 집합을 선별하는 것.
• 피팅된 모델에서 R-포탄 위반 과정(즉, B-파괴)의 비율을 계산하고 실험적 한계와 비교하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SO(10) GUT 프레임워크에서 210⊕10⊕120⊕126⊕126̄ 힉스 체계는 관측된 페르미온 질량과 혼합을 동시에 재현하면서도 R-포탄을 보존할 수 있는가?
• RQ2 18개의 페르미온 데이터 포인트에 성공적으로 피팅하기 위해 필요한 GUT 스케일 초합성파라미터 및 소프트 SUSY 붕괴 매개변수의 값은 무엇인가?
• RQ3 결과로 도출된 SUSY 스펙트럼은 열적 렙토제네시스에 적합한 범위(10⁸–10¹³ GeV)의 오른쪽 수동 중성미온 질량을 예측하는가?
• RQ4 피팅된 모델에서 R-포탄 위반 양성자 붕괴 과정의 예측 비율은 무엇이며, 현재의 실험적 한계와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 어떤 모델 개선 조치가 B-파괴율을 수용 가능한 수준으로 억제하면서도 페르미온 데이터 피팅을 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 최소한의 GUT 스케일 초합성파라미터 집합과 SUGRY(NUHM)-유형의 소프트 SUSY 붕괴 매개변수를 사용하여 18개의 측정된 페르미온 질량과 혼합 각도를 성공적으로 재현한다.
• 피팅된 오른쪽 수동 중성미온 질량은 10⁸–10¹³ GeV 범위에 위치하며, 열적 렙토제네시스의 요구 조건과 일치한다.
• 소프트 SUSY 붕괴 매개변수의 크기는 크며, μ, A₀, 그리고 MH,H̄ ~ 100 TeV 수준이며, 글루아노 질량 매개변수 m₁/₂ ~ 100 TeV이다.
• 첫 번째 및 두 번째 쿼크 세대의 스퍼미온은 세 번째 세대보다 가볍고, 스무온이 종종 가장 가벼운 전하를 띤 스퍼미온이 된다.
• 모델은 R-포탄 위반 B-파괴율을 약 ~10⁻²⁸ yr⁻¹ 수준으로 예측하며, 이는 현재의 실험적 한계보다 수 개의 주기수 빠른 속도이다.
• 큰 B-파괴율은 큰 소프트 매개변수와 특정한 플레이버 구조에서 기인하며, 이는 이러한 비율을 수용 가능한 수준으로 억제하기 위해 추가 조정 또는 새로운 물리학이 필요함을 시사한다.