[논문 리뷰] Surprising phenomenology in the non-Universal U(1) gauge extended $\mu u$SSM

Víctor Martín Lozano, Santiago Oviedo Casado|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 06.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 49인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 이odal 물질이 없는 비보편적인 U(1) 보존을 µνSSM에 도입하여, 모든 장에 대해 이산적이고 가족에 따라 다름을 고려한 U(1)X 전하를 부여함으로써 이상을 제거하는 모델을 제안한다. 이로 인해 효과적인 R-대칭이 유지되고, 양성자 안정성이 확보되며, 보편성의 붕괴로 인해 가벼운 Z′ 보손이 가능해져, 힉스 전하에 따라 의존하는 이소스핀 위반 상호작용을 갖는 새로운 다크 매터 현상학이 가능해진다.

ABSTRACT

So far the most sophisticated experiments have shown no trace of new physics at the TeV scale. Consequently, new models with unexplored parameter regions are necessary to explain current results, re-examine the existing data, and propose new experiments. In this Letter, we present a modified version of the $\mu u$SSM supersymmetric model where a non-Universal extra U(1) gauge symmetry is added in order to restore an effective R-parity that ensures proton stability. We show that anomalies equations cancel without having to add \emph{any} exotic matter, restricting the charges of the fields under the extra symmetry to a discrete set of values. We find that it is the viability of the model through anomalies cancellation what defines the conditions in which fermions interact with dark matter candidates via the exchange of $Z'$ bosons. The strict condition of universality violation means that LHC constraints for a $Z'$ mass do not apply directly to our model, allowing for a yet undiscovered relatively light $Z$', as we discuss both in the phenomenological context and in its implications for possible flavour changing neutral currents. Moreover, we explore the possibility of isospin violating dark matter interactions; we observe that this interaction depends, surprisingly, on the Higgs charges under the new symmetry, both limiting the number of possible models and allowing to analyse indirect dark matter searches in the light of well defined, particular scenarios.

연구 동기 및 목표

• 초대칭 모델에서 µ-문제와 중성미온 질량 생성을 해결하면서도 양성자 안정성을 유지하는 것.
• 기본 모형의 µνSSM에 보편적이지 않은 U(1) 게이지 대칭을 도입하여, 이odal 물질을 요구하지 않고 효과적인 R-대칭을 복원하는 것.
• 이odal 입자를 추가하지 않고도 표준모형 및 µνSSM의 장들만을 사용하여 게이지 이상을 제거하는 것.
• 비보편적인 U(1)X 전하의 현상학적 결과를 탐색하며, 특히 Z′ 현상학과 다크 매터 상호작용에 미치는 영향을 분석하는 것.
• 이상 제거 조건을 만족시키고 실용적인 저에너지 현상학을 가능하게 하는 이산적이고 제약된 전하 할당을 규명하는 것.

제안 방법

• 쿼크, 렙톤, 힉스, 오른쪽 수반 중성미온 등 모든 초대칭 장에 대해 가족별로 다른 U(1)X 전하를 할당하여 보편성을 깨는 것.
• 이odal 물질이 없는 조건 하에 전체 이상 제거 조건(삼각형 이상, 중력 이상, 혼합 이상)을 해결하는 것.
• 효과적 초대칭 합성항과 소프트 붕괴 항을 유도하며, 질량 계층을 생성하는 비홀로모르픽 요크 상호작용을 포함하는 것.
• U(1)X 전하에 따라 변하는 페르미온-Z′ 상호작용을 계산하여, 가족과 쿼크 이중체 성분에 따른 의존성을 보여주는 것.
• LHC에서 Z′ 생성에 대한 제약 조건을 분석하여, 전하의 보편성 부재로 인해 표준 제약 조건이 직접 적용되지 않음을 보여주는 것.
• 가장 가벼운 Z′에 의해 매개되는 다크 매터 상호작용을 조사하며, 힉스 전하에 따라 의존하는 이소스핀 위반 상호작용에 초점을 맞추는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비보편적인 U(1) 확장된 µνSSM에서 이odal 물질을 도입하지 않고 이상을 제거할 수 있는가?
• RQ2 모든 이상 제거 조건을 만족시키고 효과적인 R-대칭을 유지하는 데에 적합한 이산적 U(1)X 전하 집합은 무엇인가?
• RQ3 비보편적인 U(1)X 전하 할당은 LHC에서 Z′ 생성과 탐지에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 Z′가 페르미온과 다크 매터에 상호작용할 때, 특정 전하 할당에 따라 어떤 방식으로 영향을 받는가, 특히 이소스핀 위반에 대해 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 히iggs 세트 전하가 이소스핀 위반 다크 매터 상호작용을 유도할 수 있으며, 이는 간접 탐지 실험에 어떤 제약을 가하는가?

주요 결과

• 비보편적인 U(1)µνSSM에서 이odal 물질을 도입하지 않고도, 이산적이고 가족에 따라 다름을 고려한 U(1)X 전하 할당을 통해 이상 제거가 가능하다.
• 모델은 효과적인 R-대칭을 유지하여, 양성자 안정성을 확보하고 유해한 양성자 및 렙톤 수반 위반 연산자를 금지한다.
• 유효한 전하 할당의 수는 이산적인 집합으로 제한되어 있어, 모델의 가능한 현상학적 결과에 제약을 가한다.
• 비보편적인 U(1)X 전하 할당은 각 페르미온 가족과 상·하중성 쿼크 사이에 다른 Z′ 상호작용을 유도하여, 표준 LHC 제약 조건이 적용되지 않음을 입증한다.
• 이론적으로 LHC 제약 조건이 보편적 상호작용에 기반하므로, 이 모델에서는 1 TeV 이하의 가벼운 Z′ 보손이 실현 가능하다.
• 이소스핀 위반 다크 매터 상호작용이 자연스럽게 발생하며, 이는 오직 힉스 장의 U(1)X 전하에 따라 결정되며, 직접 및 간접 탐지 실험으로 검증 가능하다.