[论文解读] Unification with and without Supersymmetry: Adjoint SU(5)

P. Perez|ArXiv.org|Oct 5, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文提出了基于SU(5)规范对称性的两个最小、可重整化的夸克统一理论（GUT）：一个非超对称版本和一个超对称版本，两者均利用伴随表示生成中微子质量，机制为类型III seesaw。这些模型实现了规范耦合统一，预测存在一个无质量中微子，并通过精心设计的希格斯 sector 抑制了质子衰变，使其成为最简明、可行的可重整化SU(5) GUT，可在树图层级实现真实的费米子质量与中微子质量。

ABSTRACT

I present two new renormalizable grand unified theories where the neutrino masses are generated through the type I and type III seesaw mechanisms. These theories can be considered as the simplest (SUSY) renormalizable grand unified theories based on the SU(5) gauge symmetry. Several phenomenological and cosmological aspects of these proposals are discussed.

研究动机与目标

• 构建基于SU(5)的最简可重整化大统一理论，以解释中微子质量与费米子质量层级。
• 解决Georgi-Glashow模型与最小SUSY SU(5)在再现带电费米子质量关系及生成大质量中微子方面的失败。
• 通过一个伴随表示费米子多重态实现类型III seesaw机制，以在树图层级生成中微子质量。
• 确保与规范耦合统一及质子衰变约束相容。
• 探索其现象学与宇宙学影响，包括轻子生成机制及LHC可能探测到的轻标量轻子对偶子信号。

提出的方法

• 引入SU(5)的伴随表示中的费米子多重态，以介导类型III seesaw机制生成中微子质量。
• 构建一个非超对称模型，使用5_H、24_H与45_H表示的希格斯场，以实现费米子质量统一与中微子质量生成。
• 在最小SUSY SU(5)模型基础上，加入一个在伴随表示中的旋量超多重态，并包含45_H与24_H表示的希格斯场，以保持可重整性与物质宇称。
• 利用物质宇称守恒禁止危险的四维质子衰变算符，并确保最轻中性ino为可行的暗物质候选者。
• 通过45_H表示引入高阶相互作用，以生成正确的带电费米子质量关系，避免Y_E = Y_D^T问题。
• 积分掉重态以计算有效质子衰变算符，重点分析由5_H、24_H与45_H多重态的标量与规范伙伴介导的LLLL与RRRR贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构建一个最简、可重整化的SU(5) GUT，使其在树图层级通过类型III seesaw机制生成中微子质量？
• RQ2 如何在保持可重整性的同时，解决最小SU(5) GUT中Y_E = Y_D^T这一问题？
• RQ3 此类模型中的质子衰变速率与主导衰变道为何？能否将其抑制在当前实验上限以下？
• RQ4 鉴于树图层级存在一个无质量中微子，该框架能否实现轻子生成机制？
• RQ5 该模型在LHC或未来e+e−对撞机上可能产生哪些对撞信号，如轻标量轻子对偶子？

主要发现

• 非超对称伴随SU(5)模型仅使用最小希格斯场（5_H、24_H与45_H）即成功通过类型III seesaw机制生成中微子质量。
• 该模型在树图层级预测存在一个无质量中微子，从而允许实现可行的轻子生成机制，以解释宇宙的重子不对称性。
• 质子衰变通过维度五与维度六算符的精心抵消而被抑制，主导贡献由5_H、24_H与45_H多重态的标量伙伴介导。
• 该模型的超对称版本保持物质宇称，禁止危险的四维质子衰变算符，并确保最轻中性ino为稳定暗物质候选者。
• 该模型预测存在量子数为Φ_b = (3,2,1/6)的轻标量轻子对偶子，可能在LHC或未来e+e−对撞机上被产生。
• 总质子衰变寿命的上限估计为τ_p^upper ≤ 2×10^36年，使该模型在未来质子衰变实验中可被检验。