[论文解读] Nmsgut II: Pinning the Nmsgut@LHC

Charanjit S. Aulakh, Sumit K. Garg|arXiv (Cornell University)|Jul 7, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 15被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种基于210⊕10⊕120⊕126⊕126̄希格斯系统的最小超对称SO(10)大统一理论（GUT）模型，旨在实现R-奇偶性守恒的MSSM现象学以及中微子质量的可行 seesaw 机制。该研究推导了Yukawa耦合、Weinberg算符以及d=5 R-奇偶性破坏算符的解析表达式，利用GUT尺度下的18个费米子质量-混合参数进行拟合，并发现所得到的SUSY谱预测的B破坏率约为10⁻²⁸ yr⁻¹，远超实验限制，表明需要进一步改进模型以实现物理可行性。

ABSTRACT

The supersymmetric SO(10) GUT based on the ${\bf{210\oplus 10\oplus 120\oplus 126\oplus {\bar {126}}}}$ Higgs system provides a minimal framework for the emergence of the R-parity exact MSSM at low energies and a viable supersymmetric seesaw explanation for the observed neutrino masses and mixing angles. We present formulae for MSSM decomposition of the superpotential invariants, tree level light charged fermion effective Yukawa couplings, Weinberg neutrino mass generation operator, and the $d=5,\Delta B=\Delta L eq 0$ effective superpotential in terms of GUT parameters. We use them to determine fits of the 18 available fermion mass-mixing data in terms of the superpotential parameters of the NMSGUT and SUGRY(NUHM) type soft supersymmetry breaking parameters ($\{m_{ ilde f},m_{1/2},A_0,M^2_{H,\bar H}\} $) specified at the MSSM one loop unification scale $M_X^0=10^{16.33} $ GeV. Our fits are compatible with electroweak symmetry breaking and Unification constraints and yield right-handed neutrino masses in the leptogenesis relevant range : $10^8-10^{13} $ GeV. Matching the SM data requires lowering the strange and down quark Yukawas in the MSSM via large $ an\beta$ driven threshold corrections and characteristic soft Susy breaking spectra. The Susy spectra have light pure Bino LSP, heavy exotic Higgs(inos) and large $ \mu,A_0,M_{H,\bar{H}}$ parameters $\sim 100$ TeV. Typically third generation sfermions are much \emph{heavier} than the first two generations. The smuon is often the lightest charged sfermion thus offering a Bino-CDM co-annihilation channel. The parameter sets obtained are used to calculate B violation rates which are found to be generically much faster($\sim 10^{-28}\, yr^{-1}$) than the current experimental limits. Improvements which may allow acceptable B violation rates are identified.

研究动机与目标

• 构建一个最小的超对称SO(10) GUT框架，自然实现低能下的R-奇偶性守恒MSSM。
• 利用210⊕10⊕120⊕126⊕126̄希格斯系统，提供一种可行的中微子质量与混合角的seesaw机制。
• 以GUT尺度参数表示全部超势不变量和有效算符。
• 利用GUT超势参数和SUGRY(NUHM)型软SUSY破缺参数，对18个费米子质量与混合数据点进行拟合。
• 评估该模型在电弱对称性自发破缺、耦合统一性以及当前质子衰变与B破坏实验限制下的物理可行性。

提出的方法

• 推导NMSGUT框架下超势不变量在MSSM中的分解的解析公式。
• 从GUT尺度参数计算树图级轻量带电费米子有效Yukawa耦合。
• 以GUT尺度参数表示Weinberg算符以及d=5、ΔB=ΔL≠0的有效超势。
• 在单圈统一尺度MX⁰ = 10¹⁶.³³ GeV下，利用GUT超势参数和SUGRY(NUHM)型软SUSY破缺参数，对18个费米子质量与混合数据点进行全局拟合。
• 应用电弱对称性自发破缺与规范耦合统一性约束，筛选可行的参数集合。
• 计算拟合模型中R-奇偶性破坏过程（B破坏）的速率，并与实验限制进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在SO(10) GUT框架下，210⊕10⊕120⊕126⊕126̄希格斯系统能否同时再现观测到的费米子质量与混合，同时保持R-奇偶性？
• RQ2 为成功拟合18个费米子数据点，所需的GUT尺度超势与软SUSY破缺参数的取值是什么？
• RQ3 所得到的SUSY谱是否预测右手中微子质量在热重子生成机制相关的10⁸–10¹³ GeV范围内？
• RQ4 在拟合模型中，R-奇偶性破坏的质子衰变过程的预测速率是多少？与当前实验限制相比如何？
• RQ5 哪些模型改进措施可将B破坏速率抑制至可接受水平，同时保持对费米子数据的拟合？

主要发现

• 该模型成功利用一组最小的GUT尺度超势参数和SUGRY(NUHM)型软SUSY破缺参数，再现了18个测量的费米子质量和混合角。
• 拟合得到的右手中微子质量位于10⁸–10¹³ GeV范围内，与热重子生成机制的要求一致。
• 发现软SUSY破缺参数较大：μ、A₀和MH,H̄ ~ 100 TeV，胶球子质量参数m₁/₂ ~ 100 TeV。
• 第一代和第二代标量费米子质量轻于第三代，其中选择子（smuon）常为最轻的带电标量费米子。
• 该模型预测的R-奇偶性破坏B破坏速率约为~10⁻²⁸ yr⁻¹，远快于当前实验限制。
• 高B破坏速率源于大软参数和特定的味结构，表明需进一步微调或引入新物理以将这些速率抑制至可接受水平。