[论文解读] Cancellation Mechanism of FCNCs in S_4 x Z_2 Flavor Symmetric Extra U(1) Model

Yasuhiro Daikoku, Hiroshi Okada|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 44被引用 7

一句话总结

本文提出了一种超对称的 $S_4 \times Z_2$ 额外 $U(1)_X$ 变味对称模型，通过希格斯与超对称贡献之间的相消干涉，实现树图级变味中性流（FCNC）的取消。通过利用离散变味对称性和 $U(1)_X$ 规范对称性，该模型抑制了质子衰变，并放宽了希格斯粒子质量的限制，使得超对称能标处于TeV量级，可在大型强子对撞机（LHC）或未来的对撞机上进行检验。

ABSTRACT

We propose a E_6 inspired supersymmetric model with a non-Abelian discrete flavor symmetry; SU(3)_c x SU(2)_W x U(1)_Y x U(1)_X x S_4 x Z_2. In our scenario, the additional abelian gauge symmetry; U(1)_X, not only solves the mu-problem in the minimal Supersymmetric Standard Model(MSSM), but also requires new exotic fields which play an important role in solving flavor puzzles. If our exotic quarks can be embedded into a S_4 triplet, which corresponds to the number of the generation, one finds that dangerous proton decay can be well-suppressed. Hence, it might be expected that the generation structure for lepton and quark in the SM(Standard Model) can be understood as a new system in order to stabilize the proton in a supersymemtric standard model (SUSY). Moreover, due to the nature of the discrete non-Abelian symmetry itself, Yukawa coupling constants of our model are drastically reduced. In our previous work, we actually have found much success. However, we also have to solve Higgs mediated FCNC at tree level, as is often the case with such extended Higgs models. In this paper, we propose a promising mechanism which could make cancellation between Higgs and SUSY contributions.

研究动机与目标

• 解决具有TeV量级希格斯粒子的扩展希格斯模型中的变味中性流（FCNC）问题。
• 通过额外夸克和轻子抑制 $U(1)_X$ 扩展的MSSM中由其介导的危险质子衰变。
• 利用 $S_4 \times Z_2$ 非阿贝尔离散变味对称性，减少 Yukawa 耦合常数并稳定质子。
• 提出一种希格斯与超对称贡献之间在 FCNC 上的取消机制，从而缓解对希格斯质量的约束。
• 通过使超对称破缺能标接近TeV量级，使该模型在大型强子对撞机（LHC）或未来对撞机上可检验。

提出的方法

• 引入一个受 $E_6$ 启发的超对称模型，其规范群为 $SU(3)_c \times SU(2)_W \times U(1)_Y \times U(1)_X \times S_4 \times Z_2$。
• 利用 $U(1)_X$ 对称性禁止 $\mu$-项，并通过一个单态超多重态 $S$ 的真空期望值（VEV）生成有效 $\mu_{\text{eff}}$。
• 将额外夸克和轻子嵌入 $S_4$ 三重态表示，以通过变味对称性抑制质子衰变。
• 构建夸克、轻子和希格斯 sectors 的超势，确保规范反常消除和 R-宇称守恒。
• 使用有效拉格朗日量和威尔逊系数，计算希格斯介导和超对称介导的 FCNC 对 $K^0$-$\bar{K}^0$ 和 $B^0$-$\bar{B}^0$ 混合的贡献。
• 推导希格斯与超对称贡献在 FCNC 上的取消条件，从而放宽对额外夸克和希格斯粒子质量的限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 $S_4 \times Z_2$ 变味对称的额外 $U(1)_X$ 超对称模型中，希格斯介导的 FCNC 贡献是否能被超对称贡献取消？
• RQ2 为满足 $K^0$-$\bar{K}^0$ 和 $B^0$-$\bar{B}^0$ 混合的实验约束，对额外夸克和希格斯粒子的质量限制是什么？
• RQ3 在存在额外场的情况下，$S_4 \times Z_2$ 变味对称性如何抑制质子衰变？
• RQ4 $U(1)_X$ 对称性是否能同时解决 $\mu$-问题、稳定质子衰变，并允许TeV量级的超对称破缺能标？
• RQ5 变味对称性对独立 Yukawa 耦合常数的数量以及夸克和轻子质量矩阵的结构有何影响？

主要发现

• 希格斯介导的 FCNC 贡献通过与超对称贡献的相消干涉被取消，显著弱化了对希格斯质量尺度的约束。
• 由 $K^0$-$\bar{K}^0$ 混合得出，额外夸克 $m_{\phi'_{d,2}}$ 的质量下限为 0.6 TeV；由 $B^0$-$\bar{B}^0$ 混合得出，下限为 0.7 TeV。
• 该取消机制将独立的取消条件数量从三个减少到两个，简化了模型的参数空间。
• 该模型预测超对称破缺能标位于TeV区域，使其可在大型强子对撞机（LHC）或未来对撞机上检验。
• $S_4 \times Z_2$ 变味对称性极大地减少了 Yukawa 耦合常数的数量，从而为费米子质量与混合提供了高度可预测的结构。
• 通过结合 $U(1)_X$ 规范对称性和 $S_4$ 变味对称性，该模型成功地将质子衰变抑制到可接受水平。