[论文解读] Weak-scale phenomenology of models with gauge-mediated supersymmetry breaking

Jonathan Bagger, K. Matchev+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 1996

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 11

一句话总结

本文研究了规范介导的超对称性自发破缺（GMSB）模型在弱能标下的现象学，重点关注超对称粒子谱、辐射电弱对称性自发破缺，以及次轻量超对称粒子（NLSP）的性质。研究发现，最轻的中性子可能具有较大的希格斯ino组分（约50%），且其衰变为引力子与希格斯玻色子的分支比被抑制在<10⁻⁴，这意味着若观测到此类衰变，将表明希格斯 sector 非常非最小。

ABSTRACT

We study in some detail the spectral phenomenology of models in which supersymmetry is dynamically broken and transmitted to the supersymmetric partners of the quarks, leptons and gauge bosons, and the Higgs bosons themselves, via the usual gauge interactions. We elucidate the parameter space of what we consider to be the minimal model, and explore the regions which give rise to consistent radiative electroweak symmetry breaking. We include the weak-scale threshold corrections, and show how they considerably reduce the scale dependence of the results. We examine the sensitivity of our results to unknown higher-order messenger-sector corrections. We compute the superpartner spectrum across the entire parameter space, and compare it to that of the minimal supergravity-inspired model. We delineate the regions where the lightest neutralino or tau slepton is the next-to-lightest supersymmetric particle, and compute the lifetime and branching ratios of the NLSP. In contrast to the minimal supergravity-inspired model, we find that the lightest neutralino can have a large Higgsino component, of order 50%. Nevertheless, the neutralino branching fraction to the gravitino and the light Higgs boson remains small, &lt; 10^{-4}, so the observation of such a decay would point to a non-minimal Higgs sector.

研究动机与目标

• 分析最小规范介导的超对称性自发破缺（GMSB）模型在弱能标下的超对称粒子谱。
• 识别与辐射电弱对称性自发破缺一致的参数空间区域。
• 研究弱能标阈值修正在降低物理预测对尺度依赖性方面的作用。
• 比较GMSB模型与最小超引力启发模型在超粒子质量与衰变性质方面的异同。
• 确定最轻中性子或τ-selectron成为次轻量超对称粒子（NLSP）的条件，并计算其衰变宽度与分支比。

提出的方法

• 作者利用一阶微扰重整化群方程结合弱能标阈值修正，在最小GMSB模型的整个参数空间中计算了超对称粒子谱。
• 他们引入有限的讯使场 sector 修正，以评估对未知高阶效应的敏感性。
• 通过在弱能标边界条件下求解重整化群方程，强制实现辐射电弱对称性自发破缺。
• 通过对角化中性子质量矩阵（包含希格斯ino与Bino组分）确定最轻中性子的组分。
• 计算了NLSP的衰变宽度与分支比，特别关注其衰变为引力子与希格斯玻色子的过程。
• 定量比较了结果与最小超引力启发模型，突出关键现象学差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在弱能标下，最小GMSB模型中的超对称粒子谱结构如何？与最小超引力模型相比有何不同？
• RQ2 弱能标阈值修正如何影响GMSB模型中物理预测的尺度依赖性？
• RQ3 在何种条件下，最轻中性子或τ-selectron 会成为次轻量超对称粒子（NLSP）？
• RQ4 NLSP衰变为引力子与希格斯玻色子的分支比是多少？该结果如何约束希格斯 sector？
• RQ5 最轻中性子在多大程度上可具有显著的希格斯ino组分？这对其现象学特性有何影响？

主要发现

• 在最小GMSB模型中，最轻中性子可能具有显著的希格斯ino组分，在参数空间的某些区域中可达到约50%。
• NLSP衰变为引力子与轻希格斯玻色子的分支比被抑制至小于10⁻⁴，表明此类衰变若被观测到，将是希格斯 sector 非常非最小的明确信号。
• 弱能标阈值修正显著降低了结果的尺度依赖性，提升了模型的预测能力。
• 已划定允许一致实现辐射电弱对称性自发破缺的参数空间区域，并在该区域内完整计算了粒子谱。
• 与最小超引力启发模型相比，该模型表现出显著不同的现象学特征，尤其体现在最轻中性子的组分与衰变性质方面。
• NLSP的寿命与分支比已详细计算，结果表明根据参数选择的不同，τ-selectron 与中性子均可作为可行的NLSP候选者。