[论文解读] $d=5$ operators in SUSY GUT: fermion masses versus proton decay

Zurab Berezhiani, Zurab Tavartkiladze+1 more|ArXiv.org|Sep 8, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 10

一句话总结

本文解決了最小 SU(5) 超對稱大統一理論中質子衰變與費米子質量生成之間的矛盾，其中維度-5 算符預測的質子壽命約為 10^28 年，遠低於實驗下限 10^32 年。作者表明，透過修改希格斯場並引入特定的味結構，可在仍重現觀測到的夸克與輕子質量層次及 CKM 混合角的同時，抑制質子衰變。

ABSTRACT

In the minimal SU(5) SUSY GUT $d =5$ operators lead to $p o K^+ ν$ decay with the proton life time of the order of $10^{28}$ years for the natural choice of the parameters of the theory. This value is in strong contradiction with experimental bound $τ_{p o Kν} > 10^{32}$ years. $d=5$ operators are induced by colored Higgsino exchanges and are closely (through SU(5) and super symmetry) related to another wrong prediction of SU(5) SUSY GUT: $m_d /m_s = m_e /m_μ$. We demonstrate how in the model where reasonable pattern of quark and lepton masses and CKM mixing angles are obtained proton decay can be suppressed and proton life time can be close to the present experimental bound.

研究动机与目标

• 解決最小 SU(5) 超對稱大統一理論中質子衰變預測與實驗下限之間的衝突。
• 識別質子衰變過度預測的根本原因：由帶色希格斯ino 交换產生的 d=5 算符。
• 解決最小 SU(5) 超對稱大統一理論中錯誤預測質量比 m_d/m_s = m_e/m_μ 的相關問題。
• 構建一個能同時重現現實費米子質量與 CKM 混合角的模型。
• 在不違反味約束的前提下，使質子壽命接近目前實驗下限（約 10^32 年）。

提出的方法

• 分析 SU(5) 超對稱大統一理論中由帶色希格斯ino 交換產生的 d=5 算符。
• 識別質子衰變與錯誤質量比 m_d/m_s = m_e/m_μ 之間的關聯，二者在最小模型中具有共同起源。
• 引入具有味依賴耦合的修改後希格斯場，以抑制質子衰變率。
• 實施能重現觀測到的夸克與輕子質量層次及 CKM 混合角的味結構。
• 利用 SU(5) 群與 R-宇稱守恆來約束允許的算符及其貢獻。
• 在修改後的模型下計算質子衰變分支比與壽命，並與實驗限制進行比較。

实验结果

研究问题

• RQ1 為何最小 SU(5) 超對稱大統一理論預測質子壽命約為 10^28 年，與實驗下限 >10^32 年嚴重衝突？
• RQ2 超對稱大統一理論中的 d=5 算符如何與錯誤預測 m_d/m_s = m_e/m_μ 相關？
• RQ3 是否能在仍重現正確費米子質量模式與 CKM 混合角的模型中抑制質子衰變？
• RQ4 為抑制 d=5 算符而不破壞質量層次，希格斯場中需要何種味結構？
• RQ5 在具備現實費米子質量的一致 SU(5) 超對稱大統一理論中，可達的最大質子壽命為何？

主要发现

• 最小 SU(5) 超對稱大統一理論透過 d=5 算符預測質子壽命約為 10^28 年，與實驗下限 >10^32 年存在強烈衝突。
• d=5 算符源自帶色希格斯ino 交換，且與錯誤質量比 m_d/m_s = m_e/m_μ 的預測具有本質關聯。
• 透過引入味結構化的希格斯場，可將質子衰變抑制至接近當前實驗下限的壽命。
• 該模型成功重現了觀測到的夸克與輕子質量層次及 CKM 混合角。
• 在修改後的模型中，質子壽命可推進至接近 10^32 年，與實驗限制一致。
• 該解決方案需精確調節希格斯耦合，以抑制 d=5 算符，同時保持正確的費米子質量譜。