[论文解读] A lower limit on the neutralino mass in the MSSM with non-universal gaugino masses

G. Bélanger, F. Boudjema+2 more|ArXiv.org|Dec 16, 2002

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 7

一句话总结

该论文通过结合 LEP 直接搜寻、μ子反常磁矩 (g-2)μ 和暗物质遗迹密度约束，在非简并规范耦合量的 MSSM 模型中建立了中性子质量的下限。当 M₁ ≪ M₂ 时，中性子质量下限为 12–18 GeV，此时可实现显著的隐形 Higgs 分解宽度，且 (g-2)μ 约束在 μ < 0 和大 tanβ 参数区域尤为严格。

ABSTRACT

We discuss constraints on SUSY models with non-unified gaugino masses. We concentrate on the slepton/gaugino sector and obtain a lower limit on the neutralino mass combining direct limits, indirect limits as well as relic density measurements.

研究动机与目标

• 在非简并规范耦合量的 MSSM 模型中，确定一个与模型无关的中性子质量下限。
• 评估 LEP 对查林子和轻子的直接限制、遗迹密度、(g-2)μ 和 b→sγ 对中性子质量约束的影响。
• 研究 μ < 0 和大 tanβ 参数区域如何通过 (g-2)μ 约束影响下限，特别是其作用机制。
• 对比具有相关（M0）和非相关（LR）轻 sleptron 质量的模型在中性子质量限制上的差异。
• 评估在具有显著隐形 Higgs 分解分支比的场景中，轻量中性子 LSP 的可行性。

提出的方法

• 该研究在两种模型（M0：轻 sleptron 质量统一；LR：非统一轻 sleptron 质量）下对 M₁、M₂、μ、tanβ 和 m₀（或 mẽL、 mẽR）进行参数扫描。
• 利用跑动方程将规范粒子和轻 sleptron 质量从 GUT 标度演化至弱能标。
• 施加 LEP 直接搜寻约束：查林子质量 > 103.5 GeV（简并中微子情形下更低），选择子质量 > 99.5 GeV，以及 e⁺e⁻ → γ + 隐形 等辐射过程。
• 通过要求 Ωh² < 0.125 强制实施遗迹密度约束，并评估 sfermion 交换对中性子湮灭过程的贡献。
• 利用测量偏差 δaμ = -(21–3)×10⁻¹⁰ 应用 (g-2)μ 约束，计算查林子和中性子圈图的贡献。
• 将 b→sγ 分解分支比约束在 2.04×10⁻⁴ < Br(b→sγ) < 4.42×10⁻⁴ 之间，以确保与实验数据一致。

实验结果

研究问题

• RQ1 在当前实验约束下，非简并规范耦合量的 MSSM 模型中，中性子质量的最小允许值是多少？
• RQ2 (g-2)μ 和遗迹密度约束如何共同影响中性子质量的下限，特别是在 μ < 0 和大 tanβ 区域？
• RQ3 在非简并轻 sleptron 质量（LR 模型）与统一轻 sleptron 质量（M0 模型）的假设下，中性子质量限制有何差异？
• RQ4 对查林子和轻子的 LEP 直接限制以及辐射隐形过程在多大程度上限制了轻量中性子的参数空间？
• RQ5 在非简并 MSSM 框架下，轻量中性子 LSP 是否能与较大的隐形 Higgs 分解分支比共存？

主要发现

• 当 M₁ ≪ M₂ 时，中性子质量下限为 12–18 GeV，主要源于遗迹密度与 (g-2)μ 约束的联合作用。
• 当 μ > 0 且轻子较轻时，下限为 18 GeV（当 r₁₂ < 0.2 时），并随 r₁₂ 增大而增加，最终由查林子质量限制主导。
• 在 μ < 0 情况下，(g-2)μ 约束显著抑制了轻量中性子的参数空间，使下限提高至 27 GeV（当 r₁₂ ≈ 0.1–0.4 时）。
• (g-2)μ 约束在大 tanβ 时尤其严格，使轻量中性子愈发不被允许。
• 在 LR 模型中，允许选择子质量非统一可放松 (g-2)μ 约束，导致结果与 M0 模型在无此约束时相似。
• 最小中性子质量 27 GeV 出现在 r₁₂ < 0.2 且 |μ| ≈ 100 GeV 时，且在重轻子情形下，该下限对 tanβ 相对不敏感。