[论文解读] NMSGUT-III: Grand Unification upended

Charanjit S. Aulakh|arXiv (Cornell University)|Jul 14, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 60被引用 11

一句话总结

该论文在SO(10)大统一理论框架下提出了一种现实的NMSGUT-III模型，引入了显著的大统一尺度阈值修正，以调整费米子的Yukawa耦合，从而放松了对第三代Yukawa统一性的严格要求。该模型仅使用5个大统一尺度的软SUSY破缺参数，即实现了对MSSM费米子质量与混合参数的精确拟合，预测了Bino作为LSP，右手中性ino轻，可实现有效的WIMP共湮灭，且大统一尺度接近普朗克尺度，同时满足所有当前的理论与实验约束，包括B数破坏与μ子g-2异常。

ABSTRACT

We show that matter yukawa couplings of the New Minimal Supersymmetric (SO(10)) GUT(NMSGUT) are subject to very significant GUT scale threshold corrections. Including these threshold effects relaxes the constraint $ y_b-y_τ\simeq y_s-y_μ$ operative in $ extbf{10} - extbf{120} $plet generated tree level MSSM matter fermion yukawas $y_f$. We find accurate fits of the MSSM fermion mass-mixing data in terms of NMSGUT superpotential couplings and 5 independent soft Susy breaking parameters $M_0, M_{1/2}, A_0, M^2_{H,\bar{H}}$ at $M_X$. The fits generally have elevated unification scale $M_X$ near $M_{Planck}$, viable values of $α_3(M_Z)$, and are consistent with current limits on B violation, $b ightarrow sγ$, muon magnetic moment anomaly and Standard Model $ρ$ parameter. The associated novel and distinctive soft Susy spectra have light gauginos, a \emph{normal} s-hierarchy and Bino LSP. The Bino LSP is accompanied by second and first generation right chiral sfermions light enough to mediate a consistent WIMP dark matter co-annihilation cosmology and to be discoverable at LHC, while third generation sfermions are in the LHC undiscoverable range of 3-50 TeV. The fits found require $|μ|,|A_0|\sim 100$ TeV which imply both deep CCB/UFB minimae and stability of the MSSM standard vacuum on cosmological time scales. Our results indicate that a consistent realistic phenomenology may be specifiable in terms of SO(10) (NMS)GUT parameters at $M_X$ alone and that a new viable sector of the soft supersymmetry parameter space may exist if flavour violation constraints can be satisfied in the 43 dimensional parameter space.

研究动机与目标

• 解决SO(10)大统一理论中精确第三代表Yukawa统一性与实验费米子质量数据之间的张力。
• 证明大统一尺度的阈值修正可放松极小NMSGUT模型中对 $y_b - y_\tau \simeq y_s - y_\mu$ 的严格约束。
• 仅使用大统一尺度的5个软SUSY破缺参数 $M_X$，实现对MSSM费米子质量与混合参数的自洽现象学拟合。
• 探索43维软SUSY参数空间中新物理区间的可行性，满足味破坏约束。
• 表明该模型预测了Bino LSP与轻右手中性ino，支持一致的WIMP共湮灭宇宙学模型，并使第一、二代中性ino在LHC上可探测。

提出的方法

• 该模型采用包含单个10-复现Higgs与额外120-和 $\overline{126}$-复现Higgs表示的新型最小超对称SO(10)大统一理论（NMSGUT），以生成费米子质量。
• 计算从 $M_X$ 到 $M_Z$ 的单圈跑动，包括显著的大统一尺度阈值对Yukawa耦合的修正。
• 使用5个软SUSY破缺参数 $M_0$、$M_{1/2}$、$A_0$、$M^2_{H,\bar{H}}$ 与 $\tan\beta$ 拟合MSSM费米子质量与混合参数，其中 $\mu$ 与 $A_0$ 的取值接近100 TeV。
• 利用SUGRY-NUHM边界条件，从 $M_X$ 演化软参数至 $M_Z$，并计算包括世代混合效应在内的超对称粒子谱。
• 评估了包括 $b \to s\gamma$、$\Delta a_\mu$、$\rho$ 参数与质子衰变在内的现象学约束，结果均满足。
• 确认所推导的参数集合在MSSM真空中稳定，且不存在深层CCB或UFB极小值。

实验结果

研究问题

• RQ1 大统一尺度的阈值修正是否可放松极小NMSGUT模型中对严格 $y_b - y_\tau \simeq y_s - y_\mu$ 关系的要求？
• RQ2 是否可能仅使用大统一尺度的5个软SUSY破缺参数 $M_X$，实现对全部17个MSSM费米子质量与混合参数的精确拟合？
• RQ3 该模型是否预测了具有Bino LSP与轻右手中性ino的可行WIMP暗物质场景，以支持共湮灭机制？
• RQ4 该模型是否可在维持真空稳定性的同时，满足来自 $b \to s\gamma$、$\Delta a_\mu$ 与 $\rho$ 参数的严格约束？
• RQ5 在满足味破坏约束的前提下，43维软SUSY参数空间中的新物理区域是否具有可行性？

主要发现

• 该模型对费米子质量的拟合卡方值为 $\chi_Z = 0.0139$，对混合角的拟合卡方值为 $\chi_X = 0.0469$，表明与实验数据高度一致。
• 大统一尺度被提升至 $M_X \sim M_{\text{Planck}}$，经过大统一尺度阈值修正后，$\alpha_3(M_Z)$ 与实验结果一致。
• 在 $M_Z$ 处的软SUSY参数包括 $M_1 = 94.02$ GeV，$M_2 = 284.49$ GeV，$M_3 = 269.37$ GeV，$\mu(M_Z) = 108,204.37$ GeV，且 $|A_0| \sim 100$ TeV。
• 最轻的中性子为质量为94.02 GeV的Bino LSP，而第一代与第二代右手中性ino质量低于6 TeV，因此在LHC上可能被探测到。
• 第三代中性ino质量位于3–50 TeV之间，超出当前LHC探测范围，模型预测的Higgs玻色子质量为128.46 GeV。
• 该模型满足所有约束：$b \to s\gamma$、$\Delta a_\mu$、$\rho$ 参数、质子衰变与真空稳定性，且无深层CCB或UFB极小值。