[论文解读] Flavour Physics and Grand Unification

A. Masiero, Sudhir K. Vempati+1 more|ArXiv.org|Nov 19, 2007

Space Science and Extraterrestrial Life参考文献 2被引用 18

一句话总结

本文探讨了在超对称大统一理论（SUSY-GUTs）中味物理与大统一之间的相互作用，表明低能味破坏与CP破坏观测量（如电偶极矩、轻子味破坏及异常磁矩）可作为探测大统一尺度物理的间接探针。研究证明，SUSY-GUTs自然地产生味破坏的软项，将高能标统一与可观测的低能效应联系起来。

ABSTRACT

In spite of the enormous success of the Standard Model (SM), we have strong reasons to expect the presence of new physics beyond the SM at higher energies. The idea of the Grand Unification of all the known interactions in nature is perhaps the main reason behind these expectations. Low-energy Supersymmetry is closely linked with grand unification as a solution of the hierarchy problem associated with the ratio M_GUT / M_Z. In these lectures we will provide a general overview of Grand Unification and Supersymmetry with special emphasis on their phenomenological consequences at low energies. We will analyse the flavour and CP problems of Supersymmetry and try to identify in these associated low-energy observables possible indications of the existence of a Grand Unified theory at high energies.

研究动机与目标

• 考察标准模型之外物理的理论与现象学动机，特别是大统一与超对称。
• 分析超对称大统一理论（SUSY-GUTs）中的味与CP问题，重点关注这些问题如何约束或指示新物理。
• 识别可间接探测大统一尺度动力学的低能可观测量，如电偶极矩、轻子味破坏与异常磁矩。
• 研究 seesaw 机制与右手中微子在连接味结构与大统一尺度物理中的作用。
• 评估对撞机直接搜索（LHC/ILC）、味实验与暗物质探测在探测SUSY-GUT模型方面的互补性。

提出的方法

• 分析最小SU(5)与SO(10)大统一理论中的规范耦合统一，包括超对称在稳定层次问题中的作用。
• 应用跑代群演化（RGE）技术，研究从大统一尺度破缺模式生成味破坏软项的过程。
• 利用质量插入近似与RGE改进的有效拉格朗日量，评估MSSM中的味改变中性流（FCNCs）与电偶极矩（EDMs）。
• 考虑大统一理论中的seesaw机制，以解释小中微子质量，并探讨其对轻子味破坏与CP破坏的影响。
• 评估SUSY-GUTs、暗物质现象学与重子生成之间的相互作用，尤其在SO(10)模型中。
• 利用精确电弱可观测量（如(g-2)μ、Z→bb̄不对称性）的间接约束，检验SUSY-GUT情景的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 SUSY-GUTs中味破坏软项如何产生？低能味可观测量对大统一尺度施加了何种约束？
• RQ2 在SUSY-GUTs中，电偶极矩（EDMs）与轻子味破坏（LFV）在多大程度上可作为大统一的间接信号？
• RQ3 seesaw机制在将中微子质量与味结构及CP破坏联系于大统一模型中扮演何种角色？
• RQ4 在参数空间的哪些区域，间接味探针（如(g-2)μ、LFV）对SUSY的探测优于LHC的直接搜索？
• RQ5 SUSY-GUT中的CP破坏能否提供一种可行的重子生成机制，并解释宇宙的重子不对称性？

主要发现

• SUSY-GUTs通过RGE演化自然产生味破坏软项，使低能味可观测量成为探测大统一尺度物理的敏感探针。
• MSSM中的电偶极矩（EDMs）受软项破缺区中CP破坏相位强烈约束，当前限制表明，除非存在R对称性或其他保护机制，否则大CP相位将被排除。
• 在含右手中微子的SUSY-GUTs中，特别是SO(10)模型，右手中微子混合导致右手中微子标量粒子（sleptons）中混合增强，使轻子味破坏过程（如μ→eγ）显著增强。
• (g-2)μ异常在许多SUSY-GUT模型中持续存在，表明新物理贡献可能具有重要意义，尤其在参数空间的焦点点区域。
• 在某些SUSY-GUT情景中（特别是含seesaw机制的SO(10)模型），味实验的灵敏度可能超过LHC的直接搜索，尤其在焦点点区域。
• SUSY-GUTs可改变暗物质参数空间，而味与暗物质约束可作为互补探针，揭示底层大统一结构。