[论文解读] Split Sfermion Families, Yukawa Unification and Muon g-2

Muhammad Adeel Ajaib, Ilia Gogoladze+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 7

一句话总结

该论文提出了一种具有分裂selectron族的超对称SO(10)大统一模型——其中第三代selectron质量与第一、二代质量不同——以实现t-b-τ Yukawa统一，同时满足125 GeV Higgs质量、暗物质丰度以及μ子g-2异常。在非统一的gaugino质量情景下，胶子类sparticle质量较重（>5 TeV），但smuon和stau可轻至200 GeV，从而通过coannihilation和混合bino-higgsino暗物质机制解决μ子g-2异常。

ABSTRACT

We consider two distinct classes of Yukawa unified supersymmetric SO(10) models with non-universal and universal soft supersymmetry breaking (SSB) gaugino masses at M_{ m GUT}. In both cases, we assume that the third family SSB sfermion masses at M_{ m GUT} are different from the corresponding sfermion masses of the first two families (which are equal). For the SO(10) model with essentially arbitrary (non-universal) gaugino masses at M_{ m GUT}, it is shown that t-b-τYukawa coupling unification is compatible, among other things, with the 125 GeV Higgs boson mass, the WMAP relic dark matter density, and with the resolution of the apparent muon g-2 anomaly. The colored sparticles in this case all turn out to be quite heavy, of order 5 TeV or more, but the sleptons (smuon and stau) can be very light, of order 200 GeV or so. For the SO(10) model with universal gaugino masses and NUHM2 boundary conditions, the muon g-2 anomaly cannot be resolved. However, the gluino in this class of models is not too heavy, \lesssim 3 TeV, and therefore may be found at the LHC.

研究动机与目标

• 在超对称SO(10)大统一框架内解决μ子g-2异常。
• 探讨t-b-τ Yukawa统一是否与125 GeV Higgs玻色子质量及WMAP暗物质丰度相容。
• 研究在分裂selectron族模型中，轻量slepton（smuon, stau）与重胶子类sparticle（squark, gluino）的可行性。
• 确定在GUT尺度下非统一gaugino质量是否能解决μ子g-2异常，同时满足味物理与暗物质约束。
• 识别LHC探测潜力的基准点，特别是对gluino和轻量slepton的探测。

提出的方法

• 构建一个在M_GUT处具有非统一软对称性自发破缺（SSB）gaugino质量及分裂selectron质量（m_{16_3} ≠ m_{16_1,2}）的SO(10) GUT模型。
• 通过主要由gluino、第三代selectron和三线性SSB相互作用主导的阈值修正实现t-b-τ Yukawa统一。
• 使用一阶微扰量子规范群方程从M_GUT演化SSB参数至电弱能标，包含Higgs质量修正。
• 应用125 GeV Higgs质量、WMAP暗物质丰度、B物理（如B→X_sγ）及μ子g-2异常的约束。
• 采用数值扫描识别满足所有约束的基准点，并在R_{tbτ}-m_{16}与R_{tbτ}-m_{ ilde{g}}平面上绘制彩色图表。
• 通过中性子-stau/smuon coannihilation与bino-higgsino混合评估暗物质丰度，排除统一gaugino质量情形下的coannihilation。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有分裂selectron族与非统一gaugino质量的SO(10) SUSY模型中，能否实现t-b-τ Yukawa统一？
• RQ2 在该模型中，观测到的125 GeV Higgs玻色子质量是否与t-b-τ Yukawa统一相容？
• RQ3 该框架能否解决μ子g-2异常？轻量slepton在此过程中起什么作用？
• RQ4 在非统一gaugino质量与分裂selectron模型中，sparticle质量谱，特别是gluino与slepton的质量如何？
• RQ5 在非统一与统一gaugino质量情景下，LSP是否为可行的暗物质候选？

主要发现

• 在非统一gaugino质量情景下，t-b-τ Yukawa统一（精度10%或更好）与125 GeV Higgs质量、WMAP暗物质丰度及μ子g-2异常相容。
• slepton（smuon与stau）可轻至200 GeV，通过coannihilation与bino-higgsino混合对μ子g-2异常有显著贡献。
• 胶子类sparticle（squark与gluino）预测质量超过5 TeV，使其在LHC14中不可探测，但可能在未来的33 TeV LHC中被发现。
• 在统一gaugino质量情景下，若Higgs质量非统一，则由于slepton过重（>4 TeV），无法解决μ子g-2异常，且LSP不是可行的暗物质候选。
• 在统一gaugino质量模型中，gluino是最轻的胶子类sparticle，质量≤3 TeV，因此在LHC14中可能被探测到。
• 在非统一gaugino质量模型中，基准点显示m_{16_1,2}可比m_{16_3}轻4至5倍，且为满足所有约束，m_{16_1,2} ≥ 4 TeV。