[논문 리뷰] SO(10) inspired GMSB

Manuel E. Krauss, W. Porod외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 04. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 SO(10)에 영향을 받은 초대칭 모형을 제안하며, SU(3)×SU(2)×U(1)R×U(1)B-L 게이지 대칭을 포함하고, 최소 게이지 매개화(minimal gauge mediation)에 통합하며, 중성미오의 역설모 메커니즘을 적용한다. 이 모형은 확장된 게이지 대칭에서 기인한 D-항들이 가벼운 힉스 보존 질량을 크게 높여, m_h ≈ 125 GeV를 달성하기 위해 초대칭 파art너 질량이 극도로 무거워야 할 필요 없이 가능하게 하며, 이와 동시에 디파 photon Higgs 붕괴율이 표준모형 예측과 일치하거나 이를 하회하는 결과를 도출한다.

ABSTRACT

We consider a supersymmetric model motivated by a SO(10) GUT theory: the gauge sector near the SUSY scale consists of SU(3)_c x SU(2)_L x U(1)_R x U(1)_{B-L}. We embed this model in minimal gauge mediation and incorporate neutrino data via an inverse seesaw mechanism. Also in this restricted model the additional D-terms can rise the light Higgs mass in a sizable way. Therefore, it is much easier to obtain m_h \simeq 125 GeV without the need to push the SUSY spectrum to extremely large values as it happens in models with MSSM particle content only. We show that this model predicts a diphoton rate of the Higgs equal or smaller than the standard model expectation. We discuss briefly the collider phenomenology with a particular focus on the next to lightest supersymmetric particle where this model offers the sneutrino as an additional possiblity. Moreover we point out that also in this model variant supersymmetry can be discovered in Z' decays even in scenarios where the strongly interacting particles are too heavy to be produced at a sizable rate at LHC with 14 TeV. In addition, we show that lepton flavor violating observables constrain the size of the neutrino Yukawa couplings where in particular muon decays and \mu-e conversion in heavy atoms are of particular importance. Once these constraints are fullfilled the rates for au decays are predicted to be below the reach of near future experiments.

연구 동기 및 목표

• SO(10) 대통합 이론에 기반한 초대칭 모형을 구축하여, 역설모 메커니즘을 통해 현실적인 중성미오 질량을 도출한다.
• 확장된 게이지 대칭에서 기인한 추가 D-항이 가벼운 힉스 질량을 증가시켜, m_h ≈ 125 GeV를 달성하기 위해 초대칭 파트너 질량을 극도로 높일 필요 없이 가능할지 탐색한다.
• 특히 다음으로 가벼운 초대칭 입자(NLSP)에 초점을 맞춰, 콜라이더 물리학적 현상학을 분석한다. 특히 스넬로(neutrino)가 타당한 NLSP 후보가 될 수 있는지 조사한다.
• 강하게 상호작용하는 초대칭 파트너가 LHC에서 14 TeV 에너지로 직접 생성되기에는 너무 무거울 경우에도, Z' 보손 붕괴를 통한 초대칭 발견 가능성을 평가한다.
• 특히 μ→eγ 및 원자 내에서의 μ-e 전환과 같은 렙톤 프리패턴 위반 과정을 통해 중성미오 요크 합성 상수를 제약하고자 한다.

제안 방법

• SU(3)×SU(2)×U(1)R×U(1)B-L 게이지 대칭을 최소 게이지 매개화(GMSB)에 통합하여, 이상치 제거와 자연스러운 가이진로 질량 생성을 확보한다.
• 중성미오의 작은 질량을 도출하기 위해, 무거운 오른쪽 수천 중성미오를 도입하여 역설모 메커니즘을 구현한다.
• 특히 U(1)R 및 U(1)B-L 대칭과 관련된 D-항의 영향을 고려하여, 힉스 질량에 대한 반복 보정을 계산함으로써 m_h 를 증가시킨다.
• 확장된 스펙트럼 내의 치아린로 및 뉴트랄로의 루프 기여를 고려하여, 디파 photon 힉스 붕괴율을 계산한다.
• NLSP 영역을 분석하여, 게이지 대칭 수치와 붕괴 패atters를 바탕으로 스넬로가 타당한 후보가 될 수 있음을 규명한다.
• 기존의 μ→eγ 및 원자 내 μ-e 전환에 대한 제약 조건을 활용하여, 중성미오 요크 합성 상수를 제약하고, 향후 μ→eγ 탐색에 대한 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GMSB 프레임워크 내에서 U(1)R 및 U(1)B-L 게이지 대칭을 포함함으로써, 초대칭 파트너 질량을 극도로 높이지 않더라도 가벼운 힉스 질량을 크게 높일 수 있는가?
• RQ2 이 확장된 GMSB 모형에서 힉스 보손의 디파 photon 붕괴율은 어떻게 예측되며, 표준모형 예측과 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ3 스넬로는 이 모형에서 타당한 다음으로 가벼운 초대칭 입자(NLSP)로 작용할 수 있는가? 그 물리적 서명은 무엇인가?
• RQ4 강하게 상호작용하는 초대칭 파트너가 LHC에서 14 TeV 에너지로 직접 생성되기에는 너무 무거울 경우에도, Z' 보손 붕괴를 통한 초대칭 발견이 가능한가?
• RQ5 랩톤 프리패턴 위반 관측치, 특히 μ→eγ 및 무거운 원자 내 μ-e 전환은 이 모형에서 중성미오 요크 합성 상수를 얼마나 강하게 제약하는가? 향후 μ→eγ 탐색에 대한 함의는 무엇인가?

주요 결과

• 확장된 U(1)R 및 U(1)B-L 게이지 대칭에서 기인한 D-항은 가벼운 힉스 질량을 크게 높여, m_h ≈ 125 GeV를 달성하기 위해 초대칭 파트너 질량을 극도로 높일 필요 없이 가능하게 한다.
• 이 모형은 치아린로 및 뉴트랄로의 루프 기여에서 발생하는 상쇄 효과로 인해, 표준모형 예측과 동일하거나 이를 하회하는 디파 photon 힉스 붕괴율을 예측한다.
• 스넬로는 타당한 다음으로 가벼운 초대칭 입자(NLSP)로 부각되며, 그릴레티노 또는 다른 NLSP들과는 다를 수 있는 독특한 콜라이더 서명을 제공한다.
• 강하게 상호작용하는 초대칭 파트너가 LHC에서 14 TeV 에너지로 직접 생성되기에는 너무 무거울 경우에도, Z' 보손이 초대칭 끝상태로 붕괴하는 방식을 통해 초대칭을 발견할 수 있다.
• 랩톤 프리패턴 위반 관측치, 특히 μ→eγ 및 중성자기원의 무거운 원자 내 μ-e 전환은 중성미오 요크 합성 상수에 강력한 제약을 가하며, 이로 인해 예측된 μ→eγ 붕괴 분율이 향후 근접 실험의 감도 이내에 도달하지 못하게 된다.