[논문 리뷰] Split Sfermion Families, Yukawa Unification and Muon g-2

Muhammad Adeel Ajaib, Ilia Gogoladze외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 02. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 제3세대 sfermion 질량이 제1 및 제2세대 질량과 다름을 보이는 분할 sfermion 가족을 가진 초대칭 SO(10) 대통합 모델을 제안한다. 이는 t-b-τ 요크 대칭 통합을 달성하면서도 125 GeV 힉스 질량, 잔여 어둠성 물질 밀도, 그리고 뮤온 g-2 이상 현상을 모두 만족시키기 위함이다. 비균일한 게이지노 질량 상황에서, 색성 입자(sparticles)는 매우 무겁고(5 TeV 이상), 그러나 스무온과 스타우는 200 GeV까지 가볍게 될 수 있어, 공형상실과 혼합 빈오-히그스노 어둠성 물질을 통해 뮤온 g-2 이상 현상을 해결할 수 있다.

ABSTRACT

We consider two distinct classes of Yukawa unified supersymmetric SO(10) models with non-universal and universal soft supersymmetry breaking (SSB) gaugino masses at M_{ m GUT}. In both cases, we assume that the third family SSB sfermion masses at M_{ m GUT} are different from the corresponding sfermion masses of the first two families (which are equal). For the SO(10) model with essentially arbitrary (non-universal) gaugino masses at M_{ m GUT}, it is shown that t-b-τYukawa coupling unification is compatible, among other things, with the 125 GeV Higgs boson mass, the WMAP relic dark matter density, and with the resolution of the apparent muon g-2 anomaly. The colored sparticles in this case all turn out to be quite heavy, of order 5 TeV or more, but the sleptons (smuon and stau) can be very light, of order 200 GeV or so. For the SO(10) model with universal gaugino masses and NUHM2 boundary conditions, the muon g-2 anomaly cannot be resolved. However, the gluino in this class of models is not too heavy, \lesssim 3 TeV, and therefore may be found at the LHC.

연구 동기 및 목표

• 초대칭 SO(10) 대통합 프레임워크 내에서 뮤온 g-2 이상 현상을 다루기 위해.
• t-b-τ 요크 대칭 통합이 125 GeV 힉스 보손 질량과 WMAP 어둠성 물질 잔여 밀도와 호환되는지 탐색하기 위해.
• 분할 sfermion 가족을 가진 모델에서 가벼운 루프입자(smuon, stau)와 무거운 색성 스파르티클(squarks, gluino)의 가능성 탐색을 위해.
• GUT 스케일에서 비균일한 게이지노 질량이 뮤온 g-2 이상 현상을 해결하면서도, 프레임워크의 프레임워크 및 어둠성 물질 제약 조건을 만족시키는지 여부를 확인하기 위해.
• 특히 글루ино와 가벼운 루프입자를 위한 LHC 발견 가능성을 고려한 벤치마크 포인트 규명을 위해.

제안 방법

• M_GUT에서 비균일한 소프트 초대칭破壞(SUSY breaking, SSB) 게이지노 질량과 분할 sfermion 질량(m_{16_3} ≠ m_{16_1,2})을 가진 SO(10) GUT 모델 구축.
• 글루ино, 제3세대 sfermion, 그리고 삼중선형 SSB 상호작용에 의해 지배되는 임계 보정을 통해 t-b-τ 요크 대칭 통합 실현.
• 1-순서 반복군 방정식을 사용해 M_GUT에서 약한 스케일까지 SSB 매개변수를 진화시키며, 힉스 질량 보정 포함.
• 125 GeV 힉스 질량, WMAP 잔여 밀도, B-물리학(B→X_sγ 등), 뮤온 g-2 이상 현상 등 제약 조건 적용.
• 모든 제약 조건을 만족하는 벤치마크 포인트를 찾기 위해 수치적 스캔 수행; R_{tbτ}-m_{16} 및 R_{tbτ}-m_{ ilde{g}} 평면에서 색상 코드로 표시된 플롯 사용.
• 중성자노-스타우/스무온 공형상실 및 빈오-히그스노 혼합을 통한 어둠성 물질 잔여 밀도 평가; 균일한 게이지노 질량 사례에서는 공형상실 배제.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비균일한 게이지노 질량과 분할 sfermion 가족을 가진 SO(10) SUSY 모델에서 t-b-τ 요크 대칭 통합이 달성 가능한가?
• RQ2 이러한 모델에서 관측된 125 GeV 힉스 보손 질량은 t-b-τ 요크 대칭 통합과 호환되는가?
• RQ3 이 프레임워크에서 뮤온 g-2 이상 현상은 해결될 수 있으며, 가벼운 루프입자들은 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 비균일한 게이지노 질량과 분할 sfermion을 가진 모델에서 스파르티클 질량 스펙트럼, 특히 글루ино와 루프입자들은 어떻게 되는가?
• RQ5 비균일한 및 균일한 게이지노 질량 사례 모두에서 LSP는 타당한 어둠성 물질 후보자인가?

주요 결과

• 비균일한 게이지노 질량 상황에서, 10% 이내 정밀도로 t-b-τ 요크 대칭 통합은 125 GeV 힉스 질량, WMAP 잔여 밀도, 뮤온 g-2 이상 현상과 모두 호환된다.
• 루프입자(smüon 및 stau)는 200 GeV까지 가볍게 될 수 있어, 공형상실과 빈오-히그스노 혼합을 통해 뮤온 g-2 이상 현상에 기여할 수 있다.
• 색성 스파르티클(squarks 및 글루ино)은 5 TeV 이상으로 예측되어 LHC14에서는 접근 불가능하지만, 향후 33 TeV LHC에서 발견 가능할 수 있다.
• 균일한 게이지노 질량 상황에서 비균일한 힉스 질량을 가질 경우, 루프입자가 매우 무거워(>4 TeV)져 뮤온 g-2 이상 현상을 해결할 수 없으며, LSP는 타당한 어둠성 물질 후보자가 아니다.
• 균일한 게이지노 질량 모델에서 글루ино는 가장 가벼운 색성 스파르티클이며 질량 ≤3 TeV로 LHC14에서 발견 가능할 수 있다.
• 비균일한 게이지노 질량 모델의 벤치마크 포인트에서는 m_{16_1,2}가 m_{16_3}보다 4~5배 가볍게 되며, 모든 제약 조건을 만족하기 위해 m_{16_1,2} ≥ 4 TeV가 필요하다.