[论文解读] Nucleon Decay in GUT and Non-GUT SUSY Models

Hitoshi Murayama|ArXiv.org|Oct 19, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文研究了在超对称大统一理论（GUT）与非GUT模型中的核子衰变，认为唯有通过味对称性机制才能充分抑制衰变速率，避免与超级神冈实验的限制产生冲突。文章指出，在非GUT超对称模型中，p → K⁰e⁺是一种独特的衰变模式，而在最小GUT模型中则不存在，因此尽管实验约束极为严格，此类模型依然具有可行性。

ABSTRACT

I first emphasize the importance of searching for nucleon decay in the context of supersymmetric models. The status of minimal SUSY SU(5) model is reviewed, which can be definitively ruled out by a combination of superKamiokande and LEP-2 experiments. Non-minimal models may provide some suppression in the nucleon decay rates, but there is still a good chance for superKamiokande. I point out that the operators suppressed even by the Planck-scale are too large. We need a suppression mechanism for the operators at the level of $10^{-7}$, and the mechanism, I argue, may well be a flavor symmetry. A particular example predicts $p ightarrow K^0 e^+$ to be the dominant mode which does not arise in GUT models.

研究动机与目标

• 评估在超级神冈实验和LEP-2核子衰变约束下超对称模型的可行性。
• 识别能够将核子衰变速率抑制在实验极限以下的机制，尤其关注非最小超对称模型。
• 探讨非GUT超对称模型是否能够规避排除最小超对称SU(5)模型的约束。
• 论证仅由普朗克尺度抑制的算符不足以解释观测到的核子衰变极限，必须引入味对称性才能实现充分抑制。
• 识别一种仅在非GUT超对称模型中出现的特征性质子衰变模式p → K⁰e⁺，而最小GUT模型中并不预测该模式。

提出的方法

• 分析GUT与非GUT超对称模型中主导核子衰变的有效算符。
• 评估R-奇偶性破坏与R-奇偶性守恒相互作用在规范统一与味结构背景下的影响。
• 应用来自超级神冈实验与LEP-2的实验限制，以约束超对称模型的参数空间。
• 考虑味对称性在将五维与六维算符抑制至约10⁻⁷量级方面的作用。
• 比较最小GUT模型（如SU(5)）与非最小非GUT超对称模型的衰变分支比。
• 利用规范耦合统一与快速质子衰变缺失等理论约束，区分可行模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 非最小超对称模型能否将核子衰变速率充分抑制，以符合超级神冈实验的限制？
• RQ2 为何仅由普朗克尺度抑制的算符不足以解释观测到的核子衰变极限？
• RQ3 味对称性在GUT尺度以上抑制核子衰变中起到何种作用？
• RQ4 哪些质子衰变模式是非GUT超对称模型所特有，而最小GUT模型无法预测？
• RQ5 衰变模式p → K⁰e⁺能否作为非GUT超对称模型的特征性实验信号？

主要发现

• 最小超对称SU(5)模型已被超级神冈实验与LEP-2的联合约束彻底排除。
• 非最小超对称模型能够将核子衰变速率充分抑制，使其保持可行，且在超级神冈实验中具有良好的探测前景。
• 仅由普朗克尺度抑制的算符过大，无法解释观测到的核子衰变极限。
• 必须引入味对称性机制，才能将核子衰变算符抑制至约10⁻⁷的水平。
• 在非GUT超对称模型中，p → K⁰e⁺衰变模式被预测为占主导地位，且在最小GUT框架中不会出现。
• p → K⁰e⁺模式可作为区分非GUT超对称模型与基于GUT模型的特征性实验信号。