[论文解读] Minimal supersymmetric SU(5) theory and proton decay: where do we stand?

Borut Bajc, P. Perez+1 more|ArXiv.org|Oct 28, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用 44

一句话总结

本文在质子衰变约束的背景下重新评估了最小超对称SU(5)大统一理论的可行性。尽管通过d=5算符存在快速质子衰变，但由于三重态希格斯质量的不确定性、高维算符以及超费米子混合效应的存在，该理论仍具可行性，当考虑这些效应时，质子寿命的预测值仍与实验限制保持一致。

ABSTRACT

We review the situation regarding d=5 proton decay in the minimal supersymmetric SU(5) GUT. The minimal theory is defined as the theory with the minimal matter and Higgs content all the way up to the Planck scale; of course, this allows for the possible presence of Planck induced physics. It can be said that either higher dimensional operators must be present or/and some fine-tuning of O(1%) of the Higgs mass must be tolerated in order to save the theory.

研究动机与目标

• 重新评估最小超对称SU(5)大统一理论（SUSY SU(5)）是否因质子衰变约束而被排除。
• 评估高维算符在修正费米子质量与三重态希格斯耦合中的作用。
• 分析未知的超费米子质量与混合对质子衰变振幅的影响。
• 在最小假设下，确定该理论是否能与实验质子寿命限制保持一致。
• 评估1%量级的微调是否可接受，以维持理论的预测能力与最小性。

提出的方法

• 分析最小SUSY SU(5)中的d=5质子衰变振幅，重点关注超重色三重态希格斯超多重态（T, T̄）的贡献。
• 考虑通过超费米子混合矩阵的约束来抑制质子衰变，特别是特定组合如(D̃†D)3a ≈ 0的消失。
• 评估由MPl抑制的高维算符的作用，这些算符可为重场生成质量并改变Yukawa耦合。
• 研究伴随希格斯（Σ）中色八重态与弱三重态分量的任意质量的影响，这些质量可使mT增大，从而将质子寿命延长最多达10^3倍。
• 评估味改变中性流（FCNC）约束（如μ→eγ，b→sγ），以确保超费米子混合模式在实验上可行。
• 使用重整化群演化近似来估算质子衰变振幅的大小，包括Yukawa耦合与CKM矩阵元的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 在严格的质子衰变限制下，最小超对称SU(5)大统一理论是否仍具可行性？
• RQ2 三重态希格斯质量（mT）的不确定性在多大程度上可抑制d=5质子衰变振幅？
• RQ3 高维算符如何影响费米子质量与带色三重态希格斯的耦合？
• RQ4 未知的超费米子质量与混合是否可防止质子衰变超过实验限制？
• RQ5 对希格斯质量进行1%的微调是否可接受，以维持理论的最小性与预测性？

主要发现

• 由于色三重态希格斯的极大质量，最小SUSY SU(5)中的质子寿命可被抑制多达1000倍，而这些质量可自然地由高维算符产生。
• 高维算符对于生成现实的费米子质量并改变三重态希格斯的耦合至关重要，同时不改变理论的最小结构。
• 未知的超费米子质量与混合——特别是(D̃†D)3a等特定组合的消失——可将质子衰变振幅抑制至与实验一致的水平。
• 包含A项与超费米子混合的组合(26)可被微调至零或接近零的值，从而进一步抑制质子衰变。
• 即使对希格斯质量进行1%的微调，只要理论的最小结构在普朗克尺度内保持不变，该理论仍具可行性。
• 预测质子寿命的总不确定性估计为10^3至10^4量级，因此尽管存在自然性挑战，该理论仍与当前实验限制一致。