[论文解读] Flavorful Supersymmetry

Yasunori Nomura, Michele Papucci+1 more|University of North Texas Digital Library (University of North Texas)|Dec 13, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

本文提出了“风味型超对称”（flavorful supersymmetry）框架，其中抑制夸克和轻子 Yukawa 耦合的相同物理机制，也抑制了味破坏型超对称性破缺参数。通过高能标算符将味结构与超对称性破缺联系起来，该机制自然抑制了 FCNC 和 CP 破坏，使得一大片参数空间能够避开实验约束。该模型预测了独特的 LHC 签名，包括长寿命的带电超轻子以及来自 NLSP 衰变的单能电子或μ子，这些可作为该机制的决定性信号。

ABSTRACT

Weak scale supersymmetry provides elegant solutions to many of the problems of the standard model, but it also generically gives rise to excessive flavor and CP violation. We show that if the mechanism that suppresses the Yukawa couplings also suppresses flavor changing interactions in the supersymmetry breaking parameters, essentially all the low energy flavor and CP constraints can be satisfied. The standard assumption of flavor universality in the supersymmetry breaking sector is not necessary. We study signatures of this framework at the LHC. The mass splitting among different generations of squarks and sleptons can be much larger than in conventional scenarios, and even the mass ordering can be changed. We find that there is a plausible scenario in which the NLSP is a long-lived right-handed selectron or smuon decaying into the LSP gravitino. This leads to the spectacular signature of monochromatic electrons or muons in a stopper detector, providing strong evidence for the framework.

研究动机与目标

• 为解决弱能标超对称中的严重味问题与 CP 问题，其中通用软项导致过量的 FCNC 和 CP 破坏。
• 提出一种机制，使得抑制 Yukawa 耦合的相同动力学也抑制了味破坏型软质量，从而避免对显式味不变性的需求。
• 证明在当前实验约束下，一大部分参数空间仍具可行性，与朴素预期相反。
• 识别在 LHC 上的显著对撞信号，尤其在引力子为 LSP 且右手中微子超对称粒子为 NLSP 的情形下。
• 提供一个框架，使得通过精确测量超轻子的产生与衰变，可探测超对称伙伴质量中的味结构。

提出的方法

• 假设负责夸克与轻子质量的物理机制（暗示非规范相互作用的抑制）也抑制了在 $M_*$ 尺度下的软项破缺，其中 $M_* \gtrsim M_U \approx 10^{16}$ GeV。
• 使用涉及一个具有 $F$-项真空期望值的局域超多重态 $X$ 的受抑制算符来建模软项破缺拉格朗日量，其中抑制因子 $\epsilon_{\Phi}$, $\epsilon_{H_u}$, $\epsilon_{H_d}$ 控制软项的大小。
• 要求生成三线性软项的超势耦合 $\zeta_u$, $\zeta_d$, $\zeta_e$ 受到抑制，从而减少味破坏贡献。
• 利用从 $M_*$ 到弱能标的跑动，通过规范ino 质量生成标量夸克与轻子质量的味不变贡献。
• 分析由此产生的超对称伙伴谱，重点关注右手中微子超对称粒子之间的质量分裂，以及引力子作为最轻超对称粒子（LSP）的作用。
• 通过考虑 NLSP 衰变为引力子，评估 LHC 签名，特别关注长寿命带电超轻子以及来自味破坏衰变的单能末态。

实验结果

研究问题

• RQ1 能够抑制夸克与轻子 Yukawa 耦合的相同机制，是否也能抑制超对称性破缺中的味破坏型软项？
• RQ2 在当前对味改变与 CP 破坏过程的实验约束下，有多少参数空间仍具可行性？
• RQ3 在此框架下，会产生哪些显著的对撞机信号，尤其当引力子为 LSP 时？
• RQ4 右手中微子超对称粒子之间的质量分裂与传统情形有何不同，其对探测有何影响？
• RQ5 在 LHC 或线性对撞机上，通过精确测量超轻子的产生与衰变，能否探测超对称伙伴质量的味结构？

主要发现

• 一大片参数空间仍具可行性，因为控制 Yukawa 耦合的相同抑制机制也抑制了味破坏型软项，从而避免了精细调节或显式味不变性。
• 该模型预测右手中微子超对称粒子之间存在显著质量分裂，最轻者可能是 $\tilde{e}_R$, $\tilde{\mu}_R$, 或 $\tilde{\tau}_R$，具体取决于软项的味结构。
• 若最轻的右手中微子超对称粒子为 NLSP 且衰变为引力子，其寿命可超过 100 秒，从而在 LHC 上实现衰变链的完整重建。
• 该模型导致在阻滞器探测器中出现显著的单能电子或μ子信号，源于 NLSP 的味破坏衰变，可作为决定性信号。
• 引力子质量通常为 $m_{3/2} \sim 10^{-2}$ 至 $10^{-3}$ 倍的典型超对称伙伴质量，使得引力子为 LSP 且质量远低于 TeV 量级具有合理性。
• 对超轻子产生与衰变的精确测量——尤其是具有长寿命带电粒子的末态——可探测超对称伙伴谱的味内容，为理解味的起源提供直接窗口。