[论文解读] A Motivated Non-Standard Supersymmetric Spectrum

Paolo Lodone|arXiv (Cornell University)|Dec 9, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种具有动机的非标准超对称谱，其中第一代和第二代标量费米子质量较重（超过20 TeV），且希格斯 boson 质量相对较大（200–300 GeV），该设定基于自然性原则以及实验中未观测到味破坏信号。研究表明，此类谱系可满足自然性约束，通过有效最小味破坏（eMFV）机制抑制味改变中性流，并与电偶极矩约束一致——提供了一种与 MSSM 明显不同、且具有可检验的 LHC 和暗物质信号的可行替代方案。

ABSTRACT

After an introduction to the Hierarchy Problem and to Supersymmetry we discuss the phenomenology of a motivated non-standard pattern of sparticle masses in the context of extensions of the Minimal Supersymmetric Standard Model.

研究动机与目标

• 探索一种非标准超对称谱，其中第一代和第二代标量费米子质量较重（>20 TeV），其动机源于实验中未观测到味破坏信号。
• 研究在保持自然性并符合电弱精确测量数据的前提下，相对重的希格斯玻色子（200–300 GeV）在超对称模型中的可行性。
• 分析层级式标量费米子质量如何导致有效最小味破坏（eMFV），并抑制危险的味改变中性流及电偶极矩。
• 提出并研究一种更激进的味对称性模式，基于 $U(2)^3$，该模式关联 $\Delta F=2$ 振幅，并解决 $K^0$–$\bar{K}^0$ 和 $B_d$–$\bar{B}_d$ 系统中的混合张力。
• 提供 $U(2)^3$ 味对称性框架的动态实现，并评估其现象学后果，包括 $B_s \to \psi\phi$ 中的 CP 不对称性。

提出的方法

• 采用自下而上的方法，比较 MSSM 的扩展模型，这些模型在树图级别贡献于最轻希格斯玻色子质量，重点分析 $U(1)$ 和 $SU(2)$ 规范扩展。
• 应用自然性约束和规范耦合常数的跑动，以限制新物理尺度，要求软项在相对较低能标生成。
• 施加色荷守恒和电弱精确测量测试的约束，以排除非物理的参数区域。
• 从层级式标量费米子质量推导有效 MFV 条件，包括强子动力学修正以及此前在味破坏振幅计算中被忽略的效应。
• 引入一个 $U(2)^3 = U(2)_Q \times U(2)_u \times U(2)_d$ 味对称性，作用于夸克和标量夸克，其破缺方式可重现观测到的夸克质量与混合。
• 对 EDM 和 $\Delta B=1$ 振幅进行数值分析，表明由于第一代标量费米子质量较重，软项中的相位可较大，而不会违反实验约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有重希格斯玻色子（200–300 GeV）和第一、二、三代标量费米子质量超过 20 TeV 的超对称模型是否仍能满足自然性并符合电弱精确测量数据？
• RQ2 层级式标量费米子质量如何导致有效最小味破坏？当包含 QCD 修正时，对重标量夸克质量的约束结果如何？
• RQ3 基于 $U(2)^3$ 的味对称性模式是否能解释 $K^0$–$\bar{K}^0$ 和 $B_d$–$\bar{B}_d$ 混合中观测到的 $\Delta F=2$ 振幅张力，同时预测 $B_s$–$\bar{B}_s$ 混合？
• RQ4 此类谱系对暗物质丰度和直接探测有何影响，特别是当希格斯玻色子质量较重时？
• RQ5 软项中的相位如何影响电偶极矩和 $B$ 介子物理中的 CP 不对称性？这些相位是否可较大而不违反实验约束？

主要发现

• 具有标量费米子质量超过 20 TeV 且希格斯玻色子质量达 300 GeV 的非标准超对称谱可满足自然性约束，并与电弱精确测量数据一致。
• 该模型预测 $B_s \to \psi\phi$ 中的 CP 不对称性高于标准模型值，$0.05 \lesssim S_{\psi\phi} \lesssim 0.2$，提供独特的 LHC 信号。
• 有效 MFV 源于层级式标量费米子质量，使得软项中的相位可较大，而不会违反 EDM 约束，原因在于第一代标量费米子质量较重。
• $U(2)^3$ 味对称性框架将 $K^0$、$B_d$ 和 $B_s$ 系统中的 $\Delta F=2$ 振幅相关联，解决了 CKM 拟合中 $S_{\psi K_S}$ 与 $\epsilon_K$ 之间的张力。
• 胶微子和左手中性ino 的优选质量范围低于 1.5 TeV，使其在 LHC 上具有潜在可探测性。
• 即使在 LHC 对 95% 置信度下排除了低于 476 GeV 的 SM 类希格斯玻色子后，该模型仍具可行性，前提是希格斯耦合或分支比与 SM 预期显著偏离。