[논문 리뷰] NMSGUT-III: Grand Unification upended

Charanjit S. Aulakh|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 60인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 SO(10) 대Unified 이론 내에서 실현 가능한 NMSGUT-III 프레임워크를 제안하며, 물질 요크하우프 상수에 상당한 GUT 스케일 임계 보정을 포함하여 엄격한 세 번째 세대 요크하우프 통합을 완화한다. 이는 GUT 스케일에서의 5개의 소프트 SUSY 위반 매개변수만을 사용하여 MSSM 페르미온 질량과 혼합을 정확하게 맞추며, Bino LSP, 타당한 WIMP 공형사멸을 위한 가벼운 오른쪽 수형 스피어미온, 그리고 플랑크 스케일에 가까운 높은 통합 스케일을 예측한다. 이는 현재의 철학적 제약 조건, 즉 B-위반과 μ의 g-2 이상 현상 모두를 충족한다.

ABSTRACT

We show that matter yukawa couplings of the New Minimal Supersymmetric (SO(10)) GUT(NMSGUT) are subject to very significant GUT scale threshold corrections. Including these threshold effects relaxes the constraint $ y_b-y_τ\simeq y_s-y_μ$ operative in $ extbf{10} - extbf{120} $plet generated tree level MSSM matter fermion yukawas $y_f$. We find accurate fits of the MSSM fermion mass-mixing data in terms of NMSGUT superpotential couplings and 5 independent soft Susy breaking parameters $M_0, M_{1/2}, A_0, M^2_{H,\bar{H}}$ at $M_X$. The fits generally have elevated unification scale $M_X$ near $M_{Planck}$, viable values of $α_3(M_Z)$, and are consistent with current limits on B violation, $b ightarrow sγ$, muon magnetic moment anomaly and Standard Model $ρ$ parameter. The associated novel and distinctive soft Susy spectra have light gauginos, a \emph{normal} s-hierarchy and Bino LSP. The Bino LSP is accompanied by second and first generation right chiral sfermions light enough to mediate a consistent WIMP dark matter co-annihilation cosmology and to be discoverable at LHC, while third generation sfermions are in the LHC undiscoverable range of 3-50 TeV. The fits found require $|μ|,|A_0|\sim 100$ TeV which imply both deep CCB/UFB minimae and stability of the MSSM standard vacuum on cosmological time scales. Our results indicate that a consistent realistic phenomenology may be specifiable in terms of SO(10) (NMS)GUT parameters at $M_X$ alone and that a new viable sector of the soft supersymmetry parameter space may exist if flavour violation constraints can be satisfied in the 43 dimensional parameter space.

연구 동기 및 목표

• SO(10) GUT에서 정확한 세 번째 세대 요크하우프 통합과 실험적 페르미온 질량 데이터 사이의 갈등을 해결하기 위해.
• 최소 NMSGUT 모델에서 요구되는 엄격한 $y_b - y_\tau \simeq y_s - y_\mu$ 조건이 GUT 스케일 임계 보정으로 완화될 수 있음을 보여주기 위해.
• GUT 스케일에서의 5개의 소프트 SUSY 위반 매개변수 $M_X$를 사용하여 MSSM 페르미온 질량과 혼합을 일관되게 맞추기 위해.
• 플레어어 위반 제약 조건을 충족시키는 43차원 소프트 SUSY 매개변수 공간 내의 새로운 섹터의 타당성을 탐색하기 위해.
• 모델이 Bino LSP와 가벼운 오른쪽 수형 스피어미온을 예측하여 일관된 WIMP 공형사멸 천체역학과 LHC에서의 1세대/2세대 스피어미온 발견 가능성을 가능하게 함을 보여주기 위해.

제안 방법

• 단일 10-플렛 힉스와 추가로 120- 및 $\overline{126}$-플렛 힉스 표현을 포함한 새로운 최소 초대칭 SO(10) GUT(NMSGUT)를 사용하여 페르미온 질량을 생성한다.
• GUT 스케일 임계 보정이 포함된 $M_X$에서 $M_Z$까지의 1-루프 양자역학적 군 진화를 계산한다.
• 5개의 소프트 SUSY 위반 매개변수인 $M_0$, $M_{1/2}$, $A_0$, $M^2_{H,\bar{H}}$, $\tan\beta$를 사용하여 MSSM 페르미온 질량과 혼합에 대한 피팅을 수행하며, $\mu$와 $A_0$ 값은 약 100 TeV 수준이다.
• SUGRY-NUHM 경계 조건을 사용하여 소프트 매개변수를 $M_X$에서 $M_Z$로 진화시키며, 세대 혼합 효과를 포함한 스피어미온 스펙트럼을 계산한다.
• B-위반, $b \to s\gamma$, $\Delta a_\mu$, $\rho$ 파라미터, 양성자 붕괴 등의 철학적 제약 조건을 평가하였으며, 모두 만족됨을 확인하였다.
• 유도된 매개변수 집합에서 MSSM 진공의 안정성과 깊은 CCB 또는 UFB 최소값의 부재를 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GUT 스케일 임계 보정이 최소 NMSGUT 모델에서 요구되는 엄격한 $y_b - y_\tau \simeq y_s - y_\mu$ 관계를 완화시킬 수 있는가?
• RQ2 GUT 스케일에서의 5개의 소프트 SUSY 위반 매개변수만을 사용하여 MSSM의 17개의 페르미온 질량과 혼합 각도를 정확하게 맞출 수 있는가?
• RQ3 모델이 Bino LSP와 가벼운 오른쪽 수형 스피어미온을 예측하여 타당한 WIMP 어둠료 물질 시나리오를 가능하게 하는가?
• RQ4 깊은 제약 조건을 가진 $b \to s\gamma$, $\Delta a_\mu$, $\rho$ 파라미터를 유지하면서 진공 안정성을 확보할 수 있는가?
• RQ5 플레어어 위반 제약 조건을 충족시키는 43차원 소프트 SUSY 매개변수 공간 내의 새로운 섹터의 타당성은 무엇인가?

주요 결과

• 모델은 페르미온 질량에 대해 $\chi_Z = 0.0139$, 혼합 각도에 대해 $\chi_X = 0.0469$의 피팅을 달성하여 실험 데이터와 뛰어난 일치를 보였다.
• 통합 스케일은 $M_X \sim M_{\text{Planck}}$로 상향 조정되었으며, GUT 임계 보정 이후 $\alpha_3(M_Z)$는 실험 결과와 일치하였다.
• $M_Z$에서의 소프트 SUSY 매개변수로 $M_1 = 94.02$ GeV, $M_2 = 284.49$ GeV, $M_3 = 269.37$ GeV, $\mu(M_Z) = 108,204.37$ GeV를 포함하며, $|A_0| \sim 100$ TeV이다.
• 가장 가벼운 중성자는 Bino LSP로 질량이 94.02 GeV이며, 첫 번째 및 두 번째 세대 오른쪽 수형 스피어미온은 6 TeV 이하로, LHC에서 발견 가능할 수 있다.
• 세 번째 세대 스피어미온은 3–50 TeV 범위에 있으며 현재 LHC의 해상도를 초월하며, 모델은 힉스 보존 질량을 128.46 GeV로 예측한다.
• 모델은 모든 제약 조건을 충족한다: $b \to s\gamma$, $\Delta a_\mu$, $\rho$ 파라미터, 양성자 붕괴, 진공 안정성으로, 깊은 CCB 또는 UFB 최소값이 존재하지 않는다.