[论文解读] Charge and Color Breaking Constraints in the Minimal Supersymmetric Standard Model

Nikita Blinov, David E. Morrissey|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 5被引用 3

一句话总结

本文研究了在电弱真空因规范对称性破缺而产生电荷与色荷破缺（CCB）极小值时，最小超对称标准模型（MSSM）中的真空亚稳性约束，重点关注顶夸克奇异夸克（stop） sector。通过使用 CosmoTransitions 进行数值的泡核计算，结果表明，真空亚稳性对 MSSM 参数（尤其是顶夸克奇异夸克混合与软质量）施加的约束强于以往估计，排除了与测量到的 126 GeV Higgs 玻色体质量相容的参数区域。

ABSTRACT

The scalar potential of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) admits the existence of vacua with non-vanishing expectation values of electrically and color charged fields. If such minima are deep enough, the physical electroweak vacuum is rendered unstable by quantum tunneling. By comparing the lifetime of the electroweak vacuum with the age of the universe, the MSSM parameter space can be constrained. Furthermore, the appearance of charge and color breaking minima associated with the stop sector is strongly correlated with the Higgs mass, which has been recently measured at the Large Hadron Collider. We carry out a metastability analysis in the stop sector of the MSSM, improving upon previous results. We exclude parts of the parameter space allowed by the Higgs mass measurement.

研究动机与目标

• 评估电弱真空在量子隧穿至电荷与色荷破缺（CCB）极小值时的稳定性。
• 在大型强子对撞机（LHC）测得 Higgs 玻色体质量约为 126 GeV 的背景下，重新评估亚稳性约束。
• 通过引入现实的 Higgs 质量约束，改进以往对三线性顶夸克耦合的数值边界。
• 确定在停止区，亚稳性是否比单独的 Higgs 质量测量提供更强的约束。
• 通过独立代码和一致性检验，验证泡核计算的数值方法。

提出的方法

• 使用包含两圈修正的单圈 MSSM Higgs 质量公式，通过 FeynHiggs 计算 $ m_h $。
• 应用 Callan-Coleman 方法计算欧几里得泡核作用 $ B $，衰变率 $ \Gamma/V = C \exp(-B/\hbar) $。
• 使用 CosmoTransitions 代码对停止区中的多标量场势能进行泡核作用的数值计算。
• 施加亚稳性条件 $ B/\hbar \geq 400 $，对应真空寿命 $ \geq 13.8 \, \text{Gyr} $。
• 固定 $ \tan\beta = 10 $，$ m_A = 1 \, \text{TeV} $，$ \mu = 250 \, \text{GeV} $，并将其他超费米子质量设为 2 TeV，且 $ A_f = 0 $。
• 通过第二套数值代码进行独立检验，以验证泡核结果并确保方法的可靠性。

实验结果

研究问题

• RQ1 停止区中的电荷与色荷破缺极小值如何影响 MSSM 中电弱真空的亚稳性？
• RQ2 当与真空亚稳性结合时，测得的约 126 GeV Higgs 玻色体质量在多大程度上约束了参数空间？
• RQ3 在更新的 Higgs 质量约束下，以往使用的经验性三线性耦合边界（如 $ A_t^2 + 3\mu^2 < 7.5(m_{Q_3}^2 + m_{u_3}^2) $）是否仍然有效？
• RQ4 大顶夸克奇异夸克混合与软质量如何影响 CCB 极小值的存在性与深度？
• RQ5 数值泡核作用计算是否能提供比解析近似更严格的约束？

主要发现

• CCB 极小值带来的亚稳性约束强于以往估计，排除了原本与测量到的 Higgs 质量相容的停止参数空间区域。
• 本研究发现，文献 [10] 提出的经验边界（$ A_t^2 + 3\mu^2 < 7.5(m_{Q_3}^2 + m_{u_3}^2) $）不足，因其低估了真实的亚稳性约束。
• 对于 $ \tan\beta = 10 $，$ m_A = 1 \, \text{TeV} $，$ \mu = 250 \, \text{GeV} $，具有大顶夸克奇异夸克混合与小软质量的模型因 $ B/\hbar < 400 $ 而被排除，表明其不稳定。
• 对于 $ m_h \in (123, 127) \, \text{GeV} $ 且 $ m_{Q_3}^2 = m_{u_3}^2 \gtrsim 1.5 \, \text{TeV}^2 $ 的模型，被发现绝对稳定且可行；而质量较小且 $ X_t $ 较大的模型则被排除。
• 通过 FeynHiggs 引入两圈 Higgs 质量修正后，发现亚稳性对 MSSM 参数提供了互补且非平凡的约束。
• 使用独立代码进行的数值一致性检验确认了泡核计算的可靠性，支持了亚稳性边界结果的稳健性。