[论文解读] LHC signatures and cosmological implications of the E6 inspired SUSY models

R. Nevzorov|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用 4

一句话总结

本文研究了具有额外 U(1)N 规范对称性的 E6 仿照超对称模型，重点关注 LHC 签名和宇宙学影响。结果表明，$\tilde{Z}^{H}_{2}$ 对称性抑制了味改变过程和质子衰变，而两圈跑动的规范群分析揭示了准固定点情景，导致希格斯谱出现层级分裂。该模型预测了两种暗物质候选者——轻的惰性中性子和更重的次轻粒子（NLSP）——从而导致如 $h_1 \to \tilde{H}^{0}_2\tilde{H}^{0}_2$ 这类奇特的希格斯衰变，当 NLSP 质量高于 2.5 GeV 时，分支比可达 30%。

ABSTRACT

The phenomenological implications of the E6 inspired supersymmetric models based on the Standard Model gauge group together with extra U(1)_N gauge symmetry under which right-handed neutrinos have zero charge are examined. In these models single discrete symmetry forbids the tree-level flavour changing processes and the most dangerous operators that violate baryon and lepton numbers. The two-loop renormalisation group flow of the gauge and Yukawa couplings is explored and the qualitative pattern of the Higgs spectrum in the case of the quasi-fixed point scenario is discussed. These E6 inspired models contain two dark-matter candidates. The presence of exotic states in these models gives rise to the nonstandard decays of the lightest Higgs boson which are also considered.

研究动机与目标

• 研究扩展了额外 U(1)N 规范对称性的 E6 仿照超对称模型的物理现象和宇宙学影响。
• 分析 $\tilde{Z}^{H}_{2}$ 离散对称性在抑制危险的味改变过程以及核子/轻子数破坏算符方面的作用。
• 研究在 GUT 标度附近表现出准固定点行为的规范和 Yukawa 耦合的两圈跑动规范群演化。
• 研究在准固定点情景下希格斯场谱的结构，特别是希格斯态的层级质量分裂。
• 检查两种暗物质候选者——轻的惰性中性子和 GeV 能量尺度的 NLSP——在模型中的可行性及其宇宙学和对撞机签名。

提出的方法

• 施加 $\tilde{Z}^{H}_{2}$ 对称性，使大多数超多重态为奇数，保持规范耦合统一性，并抑制树图级 FCNC 和 BSM 过程。
• 使用两圈跑动规范群方程（RGE）处理规范和 Yukawa 耦合，简化假设仅 $h_t$ 和 $\lambda$ 显著。
• 定义 $\rho_t = h_t^2/g_3^2$ 和 $\rho_\lambda = \lambda^2/g_3^2$，以分析 $\rho_t$-$\rho_\lambda$ 平面中的 RG 流动。
• 在准固定点情景下分析希格斯场，此时希格斯质量谱呈现极强的层级分裂，最轻的 CP 偶态希格斯类似于标准模型希格斯。
• 当最重态远重于最轻态时，对 CP 偶态希格斯质量矩阵应用微扰对角化。
• 评估通过 GeV 能量尺度 NLSP 实现的奇特希格斯衰变 $h_1 \to \tilde{H}^{0}_2\tilde{H}^{0}_2$，并考虑大爆炸核合成（BBN）和 LHC 探测的约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有 U(1)N 的 E6 仿照超对称模型中，规范和 Yukawa 耦合的两圈 RGE 行为如何？是否会导致准固定点？
• RQ2 在准固定点情景下，希格斯质量谱的结构是怎样的？与 NMSSM 相比有何不同？
• RQ3 最轻希格斯玻色子的对撞机签名是什么，特别是衰变为一对 NLSP 的奇特衰变？
• RQ4 两种暗物质候选者——轻的惰性中性子和 GeV 能量尺度的 NLSP——如何影响宇宙学约束和 LHC 物理现象？
• RQ5 NLSP 的可行质量范围是什么，以确保其衰变足够快以避免 BBN 过量产生，同时仍能实现可探测的奇特希格斯衰变？

主要发现

• 两圈 RGE 对 $g_2$、$g_1$ 和 $g'_1$ 的行为在电弱尺度附近收敛至准固定点，GUT 标度处 $g_0 \simeq 1.5$ 时，耦合值接近实测值。
• 希格斯场表现出极强的层级谱，最轻的 CP 偶态希格斯类似于标准模型希格斯，而最重态则超过多 TeV 范围。
• 当 NLSP 质量超过 2.5 GeV 时，奇特衰变 $h_1 \to \tilde{H}^{0}_2\tilde{H}^{0}_2$ 的分支比可高达 30%。
• 当 NLSP 质量低于 0.5 GeV 时，分支比降至 $10^{-3} - 10^{-4}$，使得此类衰变可忽略不计。
• 最轻的惰性中性子 ($\tilde{H}^{0}_1$) 质量低于 1 eV，对暗物质贡献极小，而更重的中性子可解释全部或部分冷暗物质密度。
• BBN 约束 NLSP 寿命小于 1 秒，这限制其质量满足 $m_{\tilde{H}^{0}_2} \gtrsim 100\,\text{MeV}$，因此质量低于 2.5 GeV 的 NLSP 对可观测的奇特衰变不具可行性。