[论文解读] Supersymmetry and R-parity: an Overview

Rabindra N. Mohapatra|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文对最小超对称标准模型（MSSM）及其扩展中的R-宇称破坏（RPV）提供了简洁的理论综述，强调在具有局部B-L对称性的最小超对称理论中，RPV是自然要求的。文章认为，此类模型必然导致RPV，因此在暗物质、对撞机信号和重子生成的理论研究中至关重要。

ABSTRACT

This article provides a brief overview of some of the theoretical aspects of R-parity violation (RPV) in the minimal supersymmetric standard model (MSSM) and its extensions. Both spontaneous and explicit RPV models are discussed and some consequences are outlined. In particular, it is emphasized that the simplest supersymmetric theories based on local B-L predict that R-parity must be a broken symmetry, a fact which makes a compelling case for taking R-parity breaking seriously in discussions of supersymmetry phenomenology.

研究动机与目标

• 考察R-宇称破坏（RPV）在MSSM及其扩展中的理论基础。
• 探讨在具有局部B-L对称性的最小超对称理论中，RPV如何自然产生。
• 评估RPV的理论后果，包括对暗物质、对撞机信号和重子生成的影响。
• 阐明R-宇称在大统一理论（GUTs）中的作用，特别是SU(5)和SO(10)模型中的情况。
• 论证由于在可行的B-L基模型中具有理论必要性，RPV应在超对称理论物理中受到充分重视。

提出的方法

• 分析MSSM的超势，并将R-宇称定义为 $(-1)^R = (-1)^{3(B-L)+2S}$，其中B、L和S分别为重子数、轻子数和自旋。
• 区分显式与自发R-宇称破坏，表明两者均可由规范对称性破缺模式产生。
• 研究局部B-L对称性在超势中生成RPV项的作用，特别是通过B-L希格斯场的真空期望值。
• 考虑RPV在SO(10) GUT中的影响，表明通过16或126表示的破缺模式决定了低能理论是否具有RPV或RPC。
• 利用衰变宽度 $\Gamma \sim \kappa_i^2 / M_{Pl}^2 m_{\tilde{g}}^3$ 评估RPV模型中引力子的稳定性，估算其寿命。
• 回顾RPV项如 $\lambda'_{ijk} \hat{L} \hat{L} \hat{Q}$ 和 $\lambda_{ijk} \hat{L} \hat{Q} \hat{U}^c$ 如何导致质子衰变、轻子数破坏以及对撞机信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在具有局部B-L对称性的最小超对称理论中，R-宇称破坏是必然存在的？
• RQ2 通过不同希格斯表示（16或126）将SO(10)破缺至标准模型时，如何影响低能理论的R-宇称结构？
• RQ3 R-宇称破坏的宇宙学与理论后果是什么，特别是对暗物质稳定性的影响？
• RQ4 在RPV模型中，引力子能否作为可行的暗物质候选者，其寿命在何种条件下可达到宇宙学上的长久？
• RQ5 SU(5)和SO(10) GUT中的RPV项如何在对撞机或稀有过程中产生可观测信号？

主要发现

• 在具有局部B-L对称性的最小超对称标准模型扩展中，R-宇称并非基本对称性；它通过B-L希格斯场的真空期望值而自发破缺。
• 在SO(10) GUT中，通过16-plet希格斯场破缺导致R-宇称破坏，而通过126-plet希格斯场破缺则保持R-宇称。
• 在RPV模型中，引力子可成为长寿命的暗物质候选者，其寿命 $\tau_{\tilde{g}} \sim 192\pi^3 M_{Pl}^2 / (\kappa_i^2 m_{\tilde{g}}^3)$ 可超过宇宙年龄，当 $\kappa_i \sim 10^{-7}$ 时成立。
• 在具有 $\chi \equiv {\bf 16}_H$ 场的SO(10)模型中，RPV项如 $\lambda'_{ijk} \hat{L} \hat{L} \hat{Q}$ 和 $\lambda_{ijk} \hat{L} \hat{Q} \hat{U}^c$ 被生成，导致轻子数破坏和质子衰变。
• 在RPV模型中，传统的中性子暗物质候选者变得不稳定，因此需要替代的暗物质候选者，如引力子。
• RPV为生成宇宙重子不对称性提供了自然框架，并可通过引力子衰变解释某些实验中观测到的轻子信号异常。