[论文解读] Higgs and Sparticle Masses from Yukawa Unified SO(10): A Snowmass White Paper

Muhammad Adeel Ajaib, Ilia Gogoladze+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种具有非简并 gaugino 质量的超对称 SO(10) 大统一理论，以实现 t-b-τ Yukawa 耦合统一，预测标准模型样 Higgs 玻色子质量约为 125 GeV。该模型满足对撞机和暗物质约束，其中 selectron-neutralino 共湮灭机制解释了观测到的遗迹密度，且预测色荷超对称粒子质量高于 3 TeV，胶微子质量接近 4 TeV。

ABSTRACT

We discuss ways to probe t-b-tau Yukawa coupling unification condition at the Energy and Intensity frontiers. We consider non-universal soft supersymmetry breaking mass terms for gauginos related by the SO(10) grand unified theory (GUT). We have previously shown that t-b-tau Yukawa coupling unification prefers a mass of around 125 GeV for the Standard Model-like Higgs boson with all colored sparticle masses above 3 TeV. The well-known MSSM parameter tan(beta) is about 47-48 and neutralino-stau coannihilation yields the desired relic dark matter density.

研究动机与目标

• 探索在具有非简并软对称性破缺质量的超对称 SO(10) 大统一理论中，t-b-τ Yukawa 耦合统一的可行性。
• 确定此类框架是否能预测观测到的约 125 GeV 的 Higgs 玻色子质量。
• 评估该模型与 B 介子衰变、(g-2)μ 和暗物质遗迹密度实验约束的兼容性。
• 识别满足所有现象学约束且实现高 Yukawa 统一精度的基准点。
• 预测与统一和宇宙学限制一致的色荷与电弱超对称粒子质量谱。

提出的方法

• 采用重力介导的超对称性破缺场景，其中 gaugino 质量比 M1:M2:M3 = 1:3:-2，定义于 M_GUT，参数化为 M1/2。
• 使用 Isajet 7.84 与 Micromegas 2.4 接口，对参数空间进行随机扫描：m16, m10, M1/2, tanβ, 以及 A0/m16。
• 定义 R_tbτ = max(yt,yb,yτ)/min(yt,yb,yτ) 以量化 Yukawa 统一，值接近 1 表示高度统一。
• 应用实验约束：BR(Bs→μ+μ−), BR(b→sγ), BR(Bu→τντ), (g-2)μ，以及 WMAP Ωh² < 1 的暗物质遗迹密度。
• 在参数空间中采用对数和正态分布的随机采样，以确保统计稳健性。
• 识别满足所有约束的基准点，并进行详细的质量谱和遗迹密度计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 SO(10) GUT 框架中，t-b-τ Yukawa 耦合统一是否能预测与观测到的 125 GeV 值一致的 Higgs 玻色子质量？
• RQ2 在具有非简并 gaugino 质量和 Yukawa 统一的模型中，预测的超对称粒子质量谱是什么？
• RQ3 该模型在稀有 B 介子衰变和μ子反常磁矩方面的约束下表现如何？
• RQ4 stau-neutralino 共湮灭在实现正确暗物质遗迹密度方面起什么作用？
• RQ5 该模型能否在保持对撞机和宇宙学约束一致的前提下，实现高 Yukawa 统一（R_tbτ ≈ 1）？

主要发现

• 当 t-b-τ Yukawa 耦合统一时，该模型预测 Higgs 玻色子质量约为 125 GeV，与 ATLAS 和 CMS 测量结果高度一致。
• 色荷超对称粒子，包括胶微子，预测质量约为 4 TeV，第一和第二代标量夸克及胶微子质量接近 4 TeV。
• 当要求 10% 或更优的 Yukawa 统一时，中性子 LSP 质量被限制在 400 GeV ≲ m_χ̃⁰₁ ≲ 1 TeV 之间。
• stau-neutralino 共湮灭是实现 WMAP 观测到的遗迹密度（Ωh² < 1）的主要机制，且两者的质量几乎简并。
• 基准点的 R_tbτ ≈ 1.02–1.04 实现了近乎完美的 Yukawa 统一，并预测 Higgs 质量在 125 GeV 的 ±2 GeV 范围内。
• 该模型满足所有约束：BR(Bs→μ+μ−), BR(b→sγ), BR(Bu→τντ), (g-2)μ，以及遗迹密度，且在 (g-2)μ 上的表现不劣于标准模型。