[论文解读] The MSSM without mu term

Ann E. Nelson, Nuria Rius+2 more|ArXiv.org|Nov 7, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

该论文提出了 \not\!\mu SSM，即标准模型的超对称扩展，通过引入一个 singlet S、一个 SU(2) 三重态 T 和一个色八重态 O 来消除 \mu 项，其近似 U(1)_R 对称性确保了较大的 \tan\beta，并抑制了危险的味破坏和电磁偶极矩算符。该模型自然解释了顶-底夸克质量层次结构，并预测了超对称粒子质量的上限，包括轻的带电sparticle质量低于 114 GeV，与 LEP II 实验约束一致。

ABSTRACT

We propose a supersymmetric extension of the standard model which does not have a ``mu'' supersymmetric Higgs mass parameter. The matter content of the MSSM is extended with three additional chiral superfields: one singlet, an SU(2) triplet and a color octet, and an approximate U(1)_R symmetry naturally guarantees that tan(beta) is large, explaining the top/bottom quark mass hierarchy. Unlike in the MSSM, there are significant upper bounds on the masses of superpartners, including an upper bound of 114 GeV on the mass of the lightest chargino. However the MSSM bound on the lightest Higgs mass does not apply.

研究动机与目标

• 通过构建一个不包含 \mu 项的超对称模型，解决 MSSM 中的 \mu 问题。
• 通过自然产生较大的 \tan\beta，解释顶-底夸克质量的巨大层次结构。
• 抑制超对称对反常磁矩 (g-2)、b\to s\gamma 和质子衰变的危险贡献。
• 确保与电弱精确测量数据及 LEP II 带电sparticle质量限制相容。
• 通过将新场嵌入 GUT 多重态，保持规范耦合统一。

提出的方法

• 引入三个新的局域超多重态：一个 singlet S、一个 SU(2) 三重态 T 和一个色八重态 O，以替代 \mu 项。
• 施加一个近似的 U(1)_R 对称性，以自然地生成较大的 \tan\beta，并抑制 R-奇偶性破坏和味改变算符。
• 构建具有耦合 h_S S H_1 H_2 和 h_T H_1 T H_2 的超势，确保无显式的 \mu 项。
• 使用软对称性破缺项，包括 gaugino 的狄拉克质量 \tilde{M}_2 和马约拉纳质量 \tilde{m}_2。
• 从超势和软项中推导出带电sparticle和中性sparticle的质量矩阵，包含来自 h_T 和 h_S 耦合的贡献。
• 通过在伴随表示中引入新物质场，进行一阶微扰规范耦合运行，以检验 GUT 尺度下的统一性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不引入 \mu 项、同时保持电弱对称性破缺并避免精细调节的前提下，构造出一个可行的超对称模型？
• RQ2 在 \not\!\mu SSM 中，近似 U(1)_R 对称性如何自然地导致较大的 \tan\beta，并抑制味改变和电磁偶极矩算符？
• RQ3 \not\!\mu SSM 中带电sparticle质量的理论约束是什么？与 LEP II 限制相比如何？
• RQ4 当新场以标准模型规范群的伴随表示形式引入时，\not\!\mu SSM 是否仍能保持规范耦合统一？
• RQ5 新耦合 h_T 和 h_S 对μ子反常磁矩和 T 参数有何影响？

主要发现

• 最轻的带电sparticle质量上限为 114 GeV，与 LEP II 的 104 GeV 下限一致。
• 若狄拉克 gaugino 质量 \tilde{M}_2 落在 104–120 GeV 范围内且 h_T > 1，则所有带电sparticle质量均可超过 104 GeV。
• U(1)_R 对称性抑制了μ子反常磁矩，使其值远小于 MSSM，尤其在马约拉纳质量较小时更为显著。
• 若带电sparticle质量超过 104 GeV 且 h_T ≈ 1，T 参数将获得较大的贡献（约 2.7），但若将带电sparticle质量降至约 90 GeV，则该贡献可被放松至 T ≲ 0.6。
• 当新场被嵌入 GUT 多重态时，规范耦合统一得以保持，新物质尺度可达 3×10^7 GeV，GUT 尺度可达 10^18 GeV。
• 该模型通过 U(1)_R 对称性与软对称性破缺效应，自然解释了顶-底夸克质量层次结构，预测 \tan\beta ≈ 60。