[논문 리뷰] SU(5) unification for Yukawas through SUSY threshold effects

Ts. Enkhbat|ArXiv.org|2009. 09. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 4인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 최소 SU(5) GUT에서 첫 번째 및 두 번째 쿼크 세대의 문제적 질량 비율을 보완하기 위해 추가 힉스 다중구조를 요구하지 않고도 대규모의 풍미 대각선 A-항을 가진 초대칭 스펙트럼이 가능하다고 제안한다. 초대칭 임계값 보정—특히 글루아노 및 카린로의 고리에 의해—이러한 효과들은 경량 페르미온의 요크하이 페어링을 유도하며, $K^+ \to \pi^+\nu\bar{\nu}$ 붕괴에 상당한 영향을 미치며, 스퍼미온이 1 TeV 이하에 머무르고 FCNC 제약 조건을 회피한다.

ABSTRACT

It is well known that the supersymmetric finite threshold effects can induce substantial corrections to the Standard Model fermion masses. This opens an alternative possibility to correct the problematic mass ratios of the lighter generations within the minimal SU(5) GUT. We show that with large soft A--terms, one can achieve simple unification for lighter generations without additional Higgs multiplet, while having sfermions lighter than 1 TeV. The presence of such large A--terms will distort the sfermion mass spectrum upon running from GUT scale down to the electroweak scale making it distinct from the universal SUSY breaking sector, especially in the first two generations. The implications of these splittings are studied in K and D meson oscillations and in rare processes D^+ -> pi^+ nu anti-nu and K^+ -> pi^+ nu anti-nu, and in the latter case the effect is found to be important.

연구 동기 및 목표

• 최소 SU(5) GUT이 첫 번째 및 두 번째 세대 페르미온 간의 정확한 질량 비율을 재현하지 못하는 문제를 해결한다.
• 추가적인 힉스 표현을 도입하지 않고도 큰 소프트 A-항이 요크하이 상수의 불일치를 수정할 수 있는지 탐구한다.
• 이러한 보정이 FCNC 제약 조건과 LHC 현상학과 일치하는지, 특히 스퍼미온이 1 TeV 이하일 경우에 대해 조사한다.
• 이러한 임계값 효과가 희귀 케이온 및 D-메손 붕괴에서 어떤 현상학적 함의를 지니는지 평가한다.
• 이러한 효과들이 LHC 또는 ILC에서 희귀 붕괴 분해비의 편차를 통해 탐지될 수 있는지 여부를 판단한다.

제안 방법

• 나이만, 카린로, 중성노의 고리에서 기인하는 유 end 유한한 초대칭 임계값 보정을 사용하여 트리 레벨 통합을 초월하는 효과적 요크하이 상수를 생성한다.
• 비일관된 A-항을 가진 소프트 초대칭 깨짐 파rameter를 모델링하여 스퍼미온 질량의 비대칭성을 깨뜨리며, 이는 세대에 따라 다를 수 있다.
• 질량 행렬과 혼합 각도를 MSSM 스펙트럼에서 취합한 루프 함수 $I(x,y,z)$를 사용하여 루프 유도 보정 $\delta Y_f$를 계산한다.
• 효과적 라그랑지안 체계를 적용하여 $\delta Y_q^G$, $\delta Y_f^N$, $\delta Y_f^C$를 통해 하향형 및 양성전자 요크하이 상수에 대한 보정을 유도한다.
• 수정된 요크하이 행렬을 사용하여 $K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$ 및 $D^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$와 같은 희귀 과정의 분해비를 계산한다.
• FCNC 제약 조건과의 일치성을 시험하기 위해 중간에서 큰 $\tan\beta$ 및 1 TeV 이하의 스퍼미온 질량을 중심으로 초대칭 파라미터에 대한 수치적 스캔을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최소 SU(5) GUT에서 첫 번째 및 두 번째 세대의 잘못된 질량 비율을 보완하기 위해 추가 힉스 다중구조 없이도 대규모의 풍미 대각선 A-항이 가능한가?
• RQ2 이러한 비일관된 A-항의 현상학적 서명은 희귀 케이온 및 D-메손 붕괴에서 어떻게 나타나는가?
• RQ3 이러한 임계값 보정은 $K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$의 분해비에 어떤 영향을 미치며, 관측 가능한 수준으로 증가시킬 수 있는가?
• RQ4 스퍼미온 질량이 1 TeV 이하일 경우에도 이러한 보정이 FCNC 제약 조건, 특히 $\mu \to e\gamma$와 일치할 수 있는가?
• RQ5 대규모 A-항을 가진 MSSM에서 첫 번째 및 두 번째 세대의 요크하이 통합을 달성하면서도 게이지 상수 통합을 유지할 수 있는 타당한 매개변수 영역이 존재하는가?

주요 결과

• 큰 풍미 대각선 A-항은 추가적인 힉스 표현을 요구하지 않고도 최소 SU(5) GUT에서 첫 번째 및 두 번째 세대의 잘못된 질량 비율을 보정할 수 있다.
• 비일관된 A-항으로 인한 스퍼미온 질량 분리로 인해 스펙트럼은 일관된 초대칭 깨짐과 다를 수 있으며, LHC 또는 ILC에서 탐지 가능할 수 있다.
• $D^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$의 분해비는 표준모형 값보다 약 4개의 자리수만큼 크게 증가할 것으로 예측되나, 여전히 BESIII 실험의 감도 이하이다.
• 반면, $K^+ \to \pi^+ \nu\bar{\nu}$의 분해비는 특정 매개변수 영역에서 상당한 증가를 보이며, 이는 새로운 물리학의 유망한 탐지 수단이 된다.
• 스퍼미온 질량이 1 TeV 이하이고 대규모 A-항이 존재하는 상황에서도 모델은 FCNC 제약 조건, 특히 $\mu \to e\gamma$와 일치한다.
• 이러한 보정은 $\tan\beta \sim 10$에서 $\tan\beta \sim 30$ 범위에서 가장 효과적이며, LEP II에 의해 배제된 작은 $\tan\beta$ 영역을 피한다.