[论文解读] The New Minimal Supersymmetric GUT : Spectra, RG analysis and fitting formulae

Charanjit S. Aulakh, Sumit K. Garg|arXiv (Cornell University)|Dec 4, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 41被引用 20

一句话总结

本文提出基于 SO(10) 规范群与 210 ⊕ 10 ⊕ 120 ⊕ 126 ⊕ 126̄ Higgs 系统的新型最小超对称 GUT（NMSGUT），构建了一个 R-奇偶性守恒的超对称统一的最小框架。推导出 MSSM 谱分解、包含阈值修正的 RG 流、费米子 Yukawa 耦合、Weinberg 算符系数以及 baryon-number- violating d=5 算符的完整公式，所有结果均以 GUT 规模参数表示，表明统一尺度通常被提高，同时保持规范耦合的微扰性。

ABSTRACT

The Supersymmetric SO(10) GUT based on the ${\bf{210\oplus 10\oplus 120\oplus 126\oplus {\bar{126}}}}$ Higgs system has 40 real superpotential parameters of which 2 can be fixed by the Light Higgs doublet fine tuning and one by the determination of the unification scale by the RG flow. It provides a minimal framework for the emergence of R-parity exact Supersymmetric Standard Model at low energies and viable supersymmetric seesaw explanation for the observed neutrino masses and mixing angles. We present complete formulae for MSSM decomposition of the superpotential invariants, explicit GUT scale one step spontaneous symmetry breaking down to the MSSM, tree level light charged fermion effective yukawa couplings, Weinberg neutrino mass generation operator, and the complete set of effectve superpotential coefficients of LLLL and RRRR $d=5$ Baryon violating operators(which have contributions from novel extbf{120}-plet Higgs channels) in terms of GUT superpotential parameters. We survey the gauge RG flow including threshold corrections due to the calculated super heavy particle spectra. The formulae given are used in following papers to determine complete realistic Susy SO(10) GUT fits of all MSSM data.

研究动机与目标

• 建立一个最小的、R-奇偶性守恒的超对称 GUT，通过 seesaw 机制解释中微子质量，并拟合所有低能费米子数据。
• 通过引入 120-plet Higgs 修复早期最小 SO(10) GUT（MSGUT）在拟合费米子质量方面的失败，增强 Type I seesaw 贡献。
• 从 GUT 超势参数出发，推导出 MSSM 谱分解、有效 Yukawa 耦合以及 d=5 baryon-number- violating 算符的显式解析公式。
• 对从 SO(10) 到 MSSM 的完整一步自发对称性自发破缺过程进行分析，包括超重粒子谱与阈值修正。
• 证明在 NMSGUT 中，统一尺度通常被提高，同时保持规范耦合的微扰性。

提出的方法

• 利用 210 ⊕ 10 ⊕ 120 ⊕ 126 ⊕ 126̄ Higgs 系统，推导出超势参数不变量在 MSSM 场中的完整分解。
• 构建从 SO(10) 到 SU(3)×SU(2)×U(1)Y 的一步自发对称性破缺模式，通过 210、10、120、126 和 126̄ Higgs 表示的真空期望值实现。
• 基于 GUT 规模超势参数与轻 Higgs 双态微调条件，计算带电费米子的树幅有效 Yukawa 耦合。
• 推导中微子质量的 Weinberg 算符系数，表明 Type I seesaw 占主导，Type II 贡献被抑制。
• 计算 LLLL 与 RRRR 型 d=5 baryon-number- violating 算符的完整有效超势系数集合，包括来自 120-plet Higgs 通道的新贡献。
• 对从 M_Z 到 M_X 的规范耦合执行详细的重整化群（RG）分析，包括来自超重粒子谱的阈值修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 SO(10) GUT 框架中引入 120-plet Higgs 是否能解决以往 MSGUT 模型在拟合费米子质量与中微子数据方面的失败？
• RQ2 MSSM 谱分解、Yukawa 耦合以及有效超势系数的完整解析公式在 GUT 规模参数下的表达形式为何？
• RQ3 来自超重态的阈值修正如何影响 NMSGUT 中的规范耦合统一尺度？
• RQ4 120-plet Higgs 在增强 Type I seesaw 贡献与降低右手中微子质量方面起什么作用？
• RQ5 NMSGUT 是否能在提高 M_X 的同时，保持在统一尺度的规范耦合微扰性，相较于最小 MSGUT？

主要发现

• 包含 210 ⊕ 10 ⊕ 120 ⊕ 126 ⊕ 126̄ Higgs 系统的 NMSGUT 框架提供了一个最小的、R-奇偶性守恒的 GUT，能够完美拟合所有已知的 MSSM 数据，包括中微子质量与混合。
• 引入 120-plet Higgs 允许实现可行的 Type I seesaw 中微子质量，通过抑制 126̄ Yukawa 耦合，使右手中微子质量降低至 10^8–10^12 GeV。
• 在大部分可行参数空间中，统一尺度 M_X 被通常提高，同时规范耦合保持微扰性。
• LLL L 与 RRRR 型 d=5 baryon-number- violating 算符的有效超势系数被显式推导，其贡献来自新颖的 120-plet Higgs 通道。
• 来自超重谱的阈值修正显著影响 RG 流，完整的一步对称性破缺模式已推导，并给出显式的真空期望值解。
• 轻 Higgs 双态微调与统一尺度确定固定了 40 个实超势参数中的 3 个，剩余 37 个自由参数可用于拟合低能数据。