[论文解读] Weak Scale Leptogenesis, R-symmetry, and a Displaced Higgs

Keith Rehermann, Christopher M. Wells|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

该论文提出了一种具有弱能标右手中微子和R-对称性的超对称轻子生成模型，其中中微子质量与引力子质量相关联。该模型预测了来自最轻右手中微子的衰变Higgs粒子发生位移衰变，以及一个长寿命的NLSP，从而在避免高能标模型引力子问题的同时，提供了独特的LHC信号特征。

ABSTRACT

We present a supersymmetric model of leptogenesis in which the right-handed neutrinos have weak scale masses and O(10-2-10-3) yukawa couplings. The model employs an R-symmetry at the weak scale that forces neutrino masses to be proportional to the gravitino mass. We predict that the lightest right-handed neutrino decays to a displaced Higgs and neutrino and that the NLSP is long-lived on collider scales. These could be striking signatures at the LHC if, for instance, the right-handed neutrino is produced in a cascade decay.

研究动机与目标

• 通过R-对称性和超对称性自发破缺，构建一个在弱能标下可行的轻子生成机制。
• 通过R-对称性将中微子质量与轻子生成机制与引力子质量联系起来，避免高能标动力学。
• 预测新颖的对撞机信号，包括位移Higgs衰变和长寿命NLSP，以供LHC探测。
• 通过将所有相关物理过程局域在弱能标，解决引力子问题。
• 通过利用R-对称性稳定O(10⁻²–10⁻³)量级的耦合，避免Yukawa耦合中的微调问题。

提出的方法

• 该模型在MRSSM基础上引入右手中微子，并施加Z₄ᴿ R-对称性，以禁止Majorana质量项，强制要求中微子质量与m₃/₂²/M_N成正比。
• R-对称性通过SUGRA机制破缺，通过共形补偿子Φ = 1 + m₃/₂θ²，使软质量与引力子质量m₃/₂成正比。
• 最轻的右手中微子（N₁）为NLSP，其衰变过程为N₁ → H + ν，由于其寿命较长，产生位移Higgs粒子。
• 通过具有R-荷+1的D型辅助场D′实现Dirac型规范ino质量，确保R-对称性在树图层级保持不变。
• 通过Z₂对称性实现Giudice-Masiero机制生成μ-项，避免显式μ-项的引入。
• 通过N₁的CP破坏衰变实现轻子生成，其不对称性依赖于软质量谱和Yukawa耦合。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过R-对称性和R-对称的SUSY破缺在弱能标下实现轻子生成？
• RQ2 一个弱能标右手中微子衰变为位移Higgs粒子时，其对撞机信号特征是什么？
• RQ3 R-对称性如何防止弱能标轻子生成中Yukawa耦合的微调问题？
• RQ4 该模型中NLSP的寿命是多少？其是否足够长以产生位移顶点？
• RQ5 当所有轻子生成动力学均位于弱能标时，能否避免引力子问题？

主要发现

• 该模型预测引力子质量约为1 MeV，以通过轻子生成机制产生观测到的重子不对称性。
• 最轻的右手中微子（N₁）衰变为位移Higgs粒子和中微子，从而在LHC中产生独特的位移Higgs信号。
• NLSP（中性子）的寿命约为10⁻²秒（当m₃/₂ ≈ 1 MeV且m_χ ≈ 100 GeV时），在对撞机尺度下表现为长寿命粒子。
• r-场的Higgs真空期望值与m₃/₂成正比，导致中微子质量按m₃/₂²/M_N比例缩放。
• 该模型避免了引力子问题，因为所有相关动力学均发生在弱能标，允许重加热温度达到O(TeV)量级。
• Yukawa耦合自然地保持在O(10⁻²–10⁻³)量级，由R-对称性稳定，避免了其他弱能标轻子生成模型中常见的微调问题。