[論文レビュー] $d=5$ operators in SUSY GUT: fermion masses versus proton decay

Zurab Berezhiani, Zurab Tavartkiladze+1 more|ArXiv.org|Sep 8, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、最小限のSU(5)超対称性GUTにおける陽子崩壊とフェルミオン質量生成の間にある矛盾に取り組んでおり、次元5のオペレーターが陽子の寿命を約10^28年と予測するが、これは実験的上限の>10^32年よりもはるかに短い。著者らは、ヒッグス系を変更し、特定のフレーバー構造を導入することで、陽子崩壊を抑制しつつ、観測されたクォークおよびレプトンの質量階層とCKM混合角を再現できることを示している。

ABSTRACT

In the minimal SU(5) SUSY GUT $d =5$ operators lead to $p o K^+ ν$ decay with the proton life time of the order of $10^{28}$ years for the natural choice of the parameters of the theory. This value is in strong contradiction with experimental bound $τ_{p o Kν} > 10^{32}$ years. $d=5$ operators are induced by colored Higgsino exchanges and are closely (through SU(5) and super symmetry) related to another wrong prediction of SU(5) SUSY GUT: $m_d /m_s = m_e /m_μ$. We demonstrate how in the model where reasonable pattern of quark and lepton masses and CKM mixing angles are obtained proton decay can be suppressed and proton life time can be close to the present experimental bound.

研究の動機と目的

• 最小SU(5)SUSY GUTにおける陽子崩壊の予測と実験的上限の間の矛盾を扱う。
• 陽子崩壊の過剰予測の根本的原因を特定：カラーヒッグスノーセンの交換による次元5オペレーター。
• 最小SU(5)SUSY GUTにおける誤った質量比予測m_d/m_s = m_e/m_μという関連問題を解決する。
• 現実的なフェルミオン質量とCKM混合角を同時に再現するモデルを構築する。
• フレーバー制約を破らないまま、現在の実験的下限（約10^32年）に近い陽子寿命を達成する。

提案手法

• SU(5)SUSY GUTにおけるカラーヒッグスノーセン交換によって誘導される次元5オペレーターを分析する。
• 陽子崩壊と誤った質量比m_d/m_s = m_e/m_μの間の関連を、最小モデルにおける共通の起源として特定する。
• フレーバー依存性の結合を持つ修正されたヒッグス系を導入し、陽子崩壊率を抑制する。
• 観測されたクォークおよびレプトンの質量階層とCKM混合角を再現するフレーバー構造を実装する。
• SU(5)およびR対称性の保存により、許可されるオペレーターとその寄与を制約する。
• 修正されたモデル下での陽子崩壊の分岐比と寿命を計算し、実験的限界と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ最小SU(5)SUSY GUTは陽子寿命を約10^28年と予測するのか？これは実験的下限>10^32年と矛盾する。
• RQ2 SUSY GUTにおける次元5オペレーターは、誤った予測m_d/m_s = m_e/m_μとどのように関係しているか？
• RQ3 フェルミオン質量のパターンとCKM混合角を正しく再現するモデルで、陽子崩壊を抑制できるか？
• RQ4 次元5オペレーターを抑制するが、質量階層を損なわないためにヒッグス系に必要なフレーバー構造は何か？
• RQ5 現実的なフェルミオン質量を持つ一貫性のあるSU(5)SUSY GUTで達成可能な最大の陽子寿命は何か？

主な発見

• 最小SU(5)SUSY GUTは、次元5オペレーターによる陽子崩壊を予測し、寿命が約10^28年であるが、これは実験的下限>10^32年と強く矛盾する。
• 次元5オペレーターはカラーヒッグスノーセンの交換から生じ、誤った質量比m_d/m_s = m_e/m_μと本質的に関連している。
• フレーバー構造を持つヒッグス系を導入することで、陽子崩壊は実験的下限に近い寿命まで抑制できる。
• このモデルは、観測されたクォークおよびレプトンの質量階層とCKM混合角をうまく再現している。
• 修正されたモデルにおける陽子寿命は10^32年近くまで引き上げられ、実験的限界と整合的になる。
• この解決策には、次元5オペレーターを抑制しつつも、正しいフェルミオン質量スペクトルを維持するためのヒッグス結合の慎重な調整が必要である。