[論文レビュー] Roadmap of left-right models rooted in GUT

Joydeep Chakrabortty, Rinku Maji+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、左対称性を有する $SO(10)$ および $E(6)$ における大統一理論 $SU(N)_L \otimes SU(N)_R \otimes \mathcal{G}$ を検討し、$\gtrsim 10^{16}$ GeV で統一が達成され、$\gtrsim 10^{12}$ GeV の中間スケールを介して宇宙論的残渣を回避するように、整合性のある高エネルギー理論的枠組みを分析している。主な結果として、超対称的モデルでは、SUSY 破れスケールは少なくとも数 TeV以上でなければならない。一部のシナリオでは、中間スケールが $\sim 10^{12}$ GeV まで低下可能であり、SUSY スケールは $\sim 30$ TeV に予測される。これは、コライダー探索およびダークマターの素粒子的性質に大きな影響を与える。

ABSTRACT

We perform a detailed study of the grand unified theories $SO(10)$ and $E(6)$ with left-right intermediate gauge symmetries of the form $SU(N)_L\otimes SU(N)_R \otimes \mathcal{G}$. Proton decay lifetime constrains the unification scale to be $ \gtrsim 10^{16}$ GeV and, as discussed in this paper, unwanted cosmological relics can be evaded if the intermediate symmetry scale is $ \gtrsim 10^{12}$ GeV. With these conditions, we study the renormalisation group evolution of the gauge couplings and do a comparative analysis of all possible left-right models where unification can occur. Both the D-parity conserved and broken scenarios, as well as the supersymmetric (SUSY) and Non-supersymmetric (Non-SUSY) versions, are considered. In addition to the fermion and scalar representations at each stage of the symmetry breaking, contributing to the $\beta$-functions, we list the intermediate left-right groups which successfully meet these requirements. We make use of the dimension-5 kinetic mixing effective operators for achieving unification and large intermediate scale. A significant result in the supersymmetric case is that to achieve successful unification for some breaking patterns, the scale of SUSY breaking needs to be at least a few TeV. In some of these cases, the intermediate scale can be as low as $\sim 10^{12}$ GeV, for SUSY scale to be $\sim 30$ TeV. This has important consequences in the collider searches for SUSY particles and phenomenology of the lightest neutralino as dark matter.

研究の動機と目的

• 左対称性を有する $SO(10)$ および $E(6)$ 大統一理論 $SU(N)_L \otimes SU(N)_R \otimes \mathcal{G}$ の妥当性を検討すること。
• 陽子崩壊の寿命制約を満たすために、統一スケールが $\gtrsim 10^{16}$ GeV であることを要求すること。
• 不要な宇宙論的残渣を回避するため、中間対称性スケールが $\gtrsim 10^{12}$ GeV であることを保証すること。
• D-パリティ保存型と破れ型の比較的分析、および超対称的・非超対称的モデルの比較を実施すること。
• β関数に寄与し、成功した統一を支えるフェルミオンおよびスカラー表現の妥当な組み合わせを同定すること。

提案手法

• $SO(10)$ および $E(6)$ GUT における左対称性を有するゲージカップリングの整合性のための微分方程式の解析。
• 次元5の運動項混合効果的作用素を用いて、大きな中間スケールとゲージカップリングの統一を実現すること。
• 各対称性の破れ段階におけるフェルミオンおよびスカラー表現の寄与を、β関数に評価すること。
• 統一および宇宙論的制約を満たす中間左対称群の分類。
• 超対称的および非超対称的シナリオにおけるSUSY破れスケールおよびダークマターへの影響を評価すること。
• すべての対称性の破れパターンにおいて、D-パリティ保存型と破れ型のモデルを比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの左対称モデルが $SO(10)$ および $E(6)$ GUT において、$\gtrsim 10^{16}$ GeV でゲージカップリングの統一を達成できるか？
• RQ2 中間スケール $\gtrsim 10^{12}$ GeV を要求することで、これらのモデルが不要な宇宙論的残渣を回避する上でどのような影響を受けるか？
• RQ3 成功した統一が、超対称的左対称モデルにおけるSUSY破れスケールにどのような制約を課えるか？
• RQ4 どの対称性の破れパターンにおいて、中間スケールが $\sim 10^{12}$ GeV にまで低下し、それに対応するSUSYスケールの予測が得られるか？
• RQ5 次元5の運動項混合作用素は、これらのモデルにおける統一スケールおよび中間スケールにどのように影響を与えるか？

主な発見

• 超対称的左対称モデルでは、特定の破れパターンにおいて、SUSY 破れスケールが少なくとも数 TeV以上でなければならない。
• 一部の妥当な破れパターンでは、中間スケールが $\sim 10^{12}$ GeV まで低下可能であり、SUSY スケールは $\sim 30$ TeV に予測される。
• $\gtrsim 10^{16}$ GeV の統一スケールおよび $\gtrsim 10^{12}$ GeV の中間スケールの要請により、不要な宇宙論的残渣が効果的に回避される。
• 次元5の運動項混合作用素は、大きな中間スケールを実現し、ゲージカップリングの統一を可能にする上で中心的な役割を果たす。
• 比較的分析により、すべての物性的制約を満たす統一を支える特定の中間左対称群が同定された。
• 本研究の結果は、特にSUSY粒子のコライダー探索および、最軽い中性ノイザーがダークマター候補としての性質を示す素粒子的性質に、顕著な影響を与える。