[논문 리뷰] Weak Scale Leptogenesis, R-symmetry, and a Displaced Higgs

Keith Rehermann, Christopher M. Wells|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 약한 척도의 오른쪽 수중성자와 R-대칭을 갖는 초대칭 렙토제네시스 모델을 제안하며, 중성자 질량이 중력보 질량에 연결된다. 이 모델은 가벼운 오른쪽 수중성자가 생성하는 이격된 힉스 붕괴와 장수 생애를 가진 NLSP를 예측하여, 고에너지 물리 실험에서의 특징적인 LHC 서명을 제공한다. 또한 고에너지 스케일 모델에서의 중력보 문제를 피한다.

ABSTRACT

We present a supersymmetric model of leptogenesis in which the right-handed neutrinos have weak scale masses and O(10-2-10-3) yukawa couplings. The model employs an R-symmetry at the weak scale that forces neutrino masses to be proportional to the gravitino mass. We predict that the lightest right-handed neutrino decays to a displaced Higgs and neutrino and that the NLSP is long-lived on collider scales. These could be striking signatures at the LHC if, for instance, the right-handed neutrino is produced in a cascade decay.

연구 동기 및 목표

• R-대칭과 초대칭 깨짐을 이용하여 약한 척도에서 실현 가능한 렙토제네시스 메커니즘을 구축하기.
• R-대칭을 통해 중성자 질량과 렙토제네시스를 중력보 질량과 연결함으로써 고에너지 스케일의 역학을 피하기.
• LHC 탐측을 위한 새로운 콜라이더 서명, 특히 이격된 힉스 붕괴와 장수 생애를 가진 NLSP를 예측하기.
• 모든 관련 물리가 약한 척도에 국한되어 있기 때문에 중력보 문제를 해결하기.
• R-대칭을 활용하여 O(10⁻²–10⁻³) 수준의 커플링을 안정화시킴으로써 양자역학적 커플링의 정밀조정 문제를 피하기.

제안 방법

• 모델은 오른쪽 수중성자를 포함한 MRSSM를 확장하고, Majorana 질량을 금지하기 위해 Z₄ᴿ R-대칭을 도입함으로써 중성자 질량이 m₃/₂²/M_N 비례하게 된다.
• R-대칭의 깨짐은 SUGRA를 통해 유도되며, 등각 보정자 Φ = 1 + m₃/₂θ²를 통해 중력보 질량 m₃/₂에 비례하는 소프트 질량이 생성된다.
• 가장 가벼운 오른쪽 수중성자(N₁)는 NLSP이며, N₁ → H + ν 붕괴를 통해 장수 생애로 인해 이격된 힉스를 생성한다.
• R-전하 +1을 가진 D-형 스푸리온 D′를 통한 디르락 가우지노 질량을 사용하여, 트리 수준에서 R-대칭이 유지됨을 보장한다.
• μ-항은 명시적 μ-항을 피하기 위해 Z₂ 대칭을 사용한 Giudice-Masiero 메커니즘을 통해 생성된다.
• 렙토제네시스는 N₁의 CP-비대칭 붕괴를 통해 달성되며, 비대칭은 소프트 질량 스펙트럼과 양자역학 커플링에 의존한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 R-대칭과 R-대칭 초대칭 깨짐을 이용하여 약한 척도에서 렙토제네시스를 실현할 수 있는가?
• RQ2 약한 척도의 오른쪽 수중성이 이격된 힉스로 붕괴할 경우의 콜라이더 서명은 무엇인가?
• RQ3 R-대칭은 약한 척도 렙토제네시스에서 양자역학 커플링의 정밀조정 문제를 어떻게 방지하는가?
• RQ4 이 모델에서 NLSP의 수명은 얼마이며, 이는 충분히 장수하여 이격된 꼬임을 생성할 수 있는가?
• RQ5 모든 렙토제네시스 역학이 약한 척도에 있을 경우, 중력보 문제를 피할 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 렙토제네시스를 통해 관측된 양성자 비대칭을 생성하기 위해 약 1 MeV 수준의 중력보 질량을 예측한다.
• 가장 가벼운 오른쪽 수중성자(N₁)는 이격된 힉스와 중성자를 생성하는 붕괴를 하며, LHC에서 특징적인 이격된 힉스 서명을 생성한다.
• NLSP(중성자)는 m₃/₂ ≈ 1 MeV 및 m_χ ≈ 100 GeV 조건에서 약 10⁻² 초의 수명을 가지며, 콜라이더 척도에서 장수 생애를 가진다.
• r-필드의 힉스 진공 기대값은 m₃/₂에 비례하여, 중성자 질량은 m₃/₂²/M_N 비례하게 된다.
• 모든 관련 역학이 약한 척도에서 일어나기 때문에 중력보 문제가 피할 수 있으며, 재열 온도가 O(TeV) 수준이 가능하다.
• R-대칭 덕분에 양자역학 커플링은 자연스럽게 O(10⁻²–10⁻³) 수준이 되며, 이는 다른 약한 척도 렙토제네시스 모델에서 흔한 정밀조정 문제를 피한다.