非最小超对称模型的唯象学研究

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自2012年LHC发现了一个类标准模型Higgs玻色子后,最小超对称模型(minimal supersymmetric standard model,简称MSSM)面临着严重的精细调节问题。本文从理论的自然性出发,从唯象学的角度研究了几个非最小超对称模型在当前实验限制下的理论现状,包括:1.自然次最小超对称模型(next-to-minimal supersymmetric standard model,简称NMSSM)。Z3-NMSSM是场构成最简单、参数最少的非最小超对模型。我们研究了在自然性测度ΔZ/h≤50的情形下,考虑了 LHC对超粒子的直接寻找实验限制和暗物质直接寻找实验Xenon-1T 2018年的实验结果之后,发现:bino为主与Higgsino为主的暗物质候选者无法通过对撞机和暗物质直接寻找的实验限制;singlino为主的暗物质候选者存活的参数空间有着强烈的倾向性,其满足特征λ/|κ|(?)2、μ(?)460 GeV。尽管扫描得到的大部分样本被实验排除,但是存活样本的精细调节测度Δz和Δh仍旧可以低至5以内。这表明NMSSM仍旧可以自然的得到Higgs玻色子和Z玻色子的质量。NMSSM中存在一类比较特殊的singlino主导的暗物质样本,它通过Higgsino共湮灭机制预言正确的暗物质残留密度,其singlino场的纯度非常高|N15|2≥0.99。由于其紧致的质量谱,LHC实验很难对这样的样本有足够灵敏的探测能力。由于其规范单态的特性,暗物质与核子的散射截面可以远低于目前暗物质直接探测实验Xenon-1T甚至未来LZ实验的探测能力。2.一类跷跷板机制扩充的NMSSM(Type-Ⅰ NMSSM)。在Type-Ⅰ NMSSM中,右手sneutrino场可以作为合适的暗物质候选粒子。相较于neutralino暗物质,sneutrino暗物质假设放开了暗物质物理对NMSSM Higgs部分参数的限制,且不存在暗物质与核子自旋相关的直接散射截面。sneutrino暗物质与核子自旋无关的散射截面与参数λv正相关。因此当λv很小时,暗物质的直接探测截面很容易被压低至远低于当前暗物质直接探测实验的限制以下。3.反转跷跷板机制扩充的NMSSM(ISS-NMSSM)。该模型与Type-Ⅰ NMSSM有很大的相似性,但由于理论引入的参数更多,右手sneutrino和x-型sneutrino都可以作为暗物质候选者。该模型中,sneutrino暗物质的直接探测截面正比于Yukawa耦合系数Yv和λN,因此当Yv和λN非常小时,理论可以自然的逃脱当前的暗物质直接探测实验。通常而言,Type-Ⅰ NMSSM中参数λv和ISS-NMSSM中参数Yv,λN需要足够大以预言正确的暗物质残留密度。但是我们发现,在这两个扩充的NMSSM中,当sneutrino暗物质主要通过与Higgsino共湮灭机制进行湮灭时,λv、Yv和λN的取值可以非常小,我们称这种情形为“等效自然NMSSM方案”。在该方案中,新引入场与NMSSM场的耦合很弱,因此其对撞机信号等价于NMSSM中Higgsino作为LSP的情形,且NMSSM部分的参数不受暗物质物理的限制。在ISS-NMSSM中,由Yv诱导的Higgsino-sneutrino(HS)圈可以作为轻子反常磁矩新的理论来源。我们首先探究了 HS圈解释长期存在的muon g-2的参数特征,并发现HS圈倾向于较大的Yv、tanβ和较小的μ。之后,我们发现ISS-NMSSM可以同时解释electron和muon的g-2反常。在该解释中,理论不需要引入轻子味破坏效应,HS圈对轻子反常磁矩的贡献起着重要的作用。此外,轻子反常磁矩的研究结果证实了“等效自然NMSSM方案”的正确性与应用价值。
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