[论文解读] Yukawa Quasi-Unification and Neutralino Relic Density

C. Pallis, M. E. Gómez|ArXiv.org|Mar 12, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 7

一句话总结

该论文提出了一种基于Pati-Salam的超对称大统一理论，实现了Yukawa近似统一，从而导出一个受约束的最小超对称标准模型（CMSSM）框架。通过micrOMEGAs计算了中性子的遗迹密度，发现仅当μ > 0时满足宇宙学与现象学约束，而μ < 0的情况则因b → sγ衰变与冷暗物质密度的联合限制被排除。

ABSTRACT

The construction of a Supersymmetric Grand Unified Model based on the Pati-Salam gauge group is briefly reviewed and the low energy consequences of the derived asymptotic Yukawa quasi-unification conditions are examined. In the framework of the resulting Constrained Minimal Supersymmetric Standard Model, the cosmological relic density of the bino-like LSP is calculated and the results are explicitly compared with { t micrOMEGAs}. In addition to the Cold Dark Matter constraint, restrictions on the parameter space, arising from the Higgs boson masses, the SUSY corrections to $b$-quark mass, the muon anomalous magnetic moment and the inclusive decay $b o sγ$ are, also, investigated. For $μ&gt;0$, a wide and natural range of parameters is allowed. On the contrary, the $μ&lt;0$ case not only is disfavored from the present experimental data on the muon anomalous magnetic moment, but also, it can be excluded from the combination of the Cold Dark Matter and BR($b o s γ$) requirements.

研究动机与目标

• 基于Pati-Salam规范群构建一个超对称大统一理论，以预测渐近Yukawa近似统一条件（YQUCs）。
• 推导这些YQUCs在受约束的最小超对称标准模型（CMSSM）中的低能后果。
• 在CMSSM框架内计算中性子的遗迹密度，并与micrOMEGAs结果进行比较。
• 利用宇宙学与现象学可观测量（包括b → sγ衰变、μ子反常磁矩、希格斯玻色子质量及b夸克质量修正）约束CMSSM参数空间。
• 确定在联合实验与宇宙学约束下，μ > 0或μ < 0情形是否可行。

提出的方法

• 该模型采用一个Pati-Salam GUT，通过单个Higgs双倍态在GUT尺度诱导Yukawa统一，使h_t = h_b = h_τ在M_GUT处成立。
• 由此导出的CMSSM参数由GUT尺度条件推导，保持软对称性破缺项的统一性。
• 利用micrOMEGAs计算bino型轻希格斯超对称粒子（LSP）的遗迹密度，包含对b夸克质量的一阶量子修正。
• 施加现象学约束：在M_Z处修正的b夸克质量、μ子反常磁矩（Δa_μ）、分支比BR(b → sγ）及希格斯玻色子质量限制。
• 在m_LSP–Δ_τ₂平面上扫描参数空间，边界基于实验输入的95%置信水平范围与理论不确定性确定。
• 分析中使用更新的micrOMEGAs代码，包含QCD与SUSY重求和修正，用于BR(b → sγ)的计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Pati-Salam GUT中实现Yukawa近似统一是否能导出与宇宙学及现象学约束相容的可行CMSSM参数空间？
• RQ2 SUSY对b夸克质量的修正如何影响Yukawa统一下μ > 0与μ < 0情形的可行性？
• RQ3 μ子反常磁矩与BR(b → sγ)对中性子遗迹密度允许参数空间有何影响？
• RQ4 当结合冷暗物质密度与BR(b → sγ)约束时，μ < 0情形是否仍可能可行？
• RQ5 当α_s(M_Z)在其95%置信水平范围内变化时（0.1145–0.1225），m_LSP与Δ_τ₂在μ > 0情形下的允许范围如何变化？

主要发现

• 对于μ > 0，存在一个宽广且自然的参数空间，其中m_LSP范围约为159 GeV至720 GeV，具体取决于所施加的约束。
• 即使在考虑Ω_LSP h²的SUSY修正后，μ > 0情形依然可行，因为遗迹密度计算中变化可忽略不计。
• 对于μ < 0，BR(b → sγ)与冷暗物质密度的联合约束完全排除了整个参数空间，因无重叠区域能同时满足所有约束。
• 冷暗物质约束将μ < 0的m_LSP上限限制在m_LSP ≤ 873 GeV，而BR(b → sγ)要求m_LSP ≥ 1305 GeV，二者矛盾。
• 当α_s(M_Z)在其95%置信水平范围（0.1145–0.1225）内变化时，μ > 0的允许区域扩大，m_LSP的上限向更高值推移。
• 该模型表明，μ < 0情形不仅因μ子反常磁矩被排除，还因BR(b → sγ)与冷暗物质约束之间的不相容性而不可行。