[論文レビュー] A New Gauge Mediation Theory

I. Antoniadis, Karim Benakli+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 21

ひとこと要約

本論文は、ゲージおよびヒッグス系において $N=2$ スーパー対称性を持つ新規なゲージメディエーションモデルを提案する。超対称性は、閉じた $U(1)$ の $D$-項によって破られ、ディラック型ゲージノ質量が生じる。このモデルは、低 $ an\beta$ 地域における微調整の低減を実現し、標準模型に類似した軽いヒッグスを予測する。また、ブレーン構成による弦理論的UV完備化が自然に実現される。

ABSTRACT

We propose a class of models with gauge mediation of supersymmetry breaking, inspired by simple brane constructions, where R-symmetry is very weakly broken. The gauge sector has an extended N=2 supersymmetry and the two electroweak Higgses form an N=2 hypermultiplet, while quarks and leptons remain in N=1 chiral multiplets. Supersymmetry is broken via the D-term expectation value of a secluded U(1) and it is transmitted to the Standard Model via gauge interactions of messengers in N=2 hypermultiplets: gauginos thus receive Dirac masses. The model has several distinct experimental signatures with respect to ordinary models of gauge or gravity mediation realizations of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). First, it predicts extra states as a third chargino that can be observed at collider experiments. Second, the absence of a D-flat direction in the Higgs sector implies a lightest Higgs behaving exactly as the Standard Model one and thus a reduction of the `little' fine-tuning in the low tan(beta) region. This breaking of supersymmetry can be easily implemented in string theory models

研究の動機と目的

• 最小なフレーバー不変性を備えたゲージメディエーション型超対称性破れモデルを構築し、弦理論における自然なUV完備化を実現すること。
• ソフト項がフレーバーに依存しないようにすることで、大規模なFCNC項の寄与を回避し、超対称性フレーバー問題に対処すること。
• $R$-対称性が弱く破れる状況を実現し、主要な物性的利点を保つこと。
• $N=2$ ベクターmultipletにおける $D$-項による対称性破れを通じて、ディラック型ゲージノ質量を生成するメカニズムを提供すること。
• スカラーポテンシャルにおける局所的最小値からグローバル最小値へのトンネル遷移率を含めた、真空の宇宙論的安定性を検討すること。

提案手法

• タイプII弦の $T^6$ でのコンパクト化に伴う交差ブレーン構成を用い、標準模型のゲージおよびヒッグス系が同じスタックに両端を持つストリングから生じ、$N=2$ SUSY を保存する。
• 閉じた $U(1)$ ゲージ系に $D$-項の真空期待値を導入し、隠れた系における $D$-項によって超対称性を破る。この過程で $R$-対称性が保存される。
• 隠れた $U(1)$ および標準模型ゲージ群と結合する $N=2$ ヒパーマルチプレット型のメッセンジャーフィールドを導入し、ゲージ相互作用を通じて超対称性破れを伝達する。
• 有効な超ポテンシャル項を導出：$(1/M)ar{X} \text{Tr} W^\beta W_\beta$ および $(1/M^2)ar{X}X \tilde{Q}^\beta \tilde{Q}_\beta$。それぞれゲージノ質量およびスフェルミオン質量を生成する。
• ユークリッド空間におけるインスタントン法を用いて真空安定性を分析。ポテンシャルを $\text{Re}(\bar{\theta}^2 \theta^2)$ 方向に一様な一次元問題として近似。$O(4)$ 対称性を持つインスタントン解を用いる。
• トンネル遷移率はユークリッド作用 $S_4 \to \text{const} \times (M^4 / D^2)$ を通じて評価され、$M$ はメッセンサーマス、$D$ は $D$-項である。有限温度補正は $O(3)$ 対称性を持つ解を用いて計算される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 閉じた $U(1)$ セクターにおける $D$-項による超対称性破れが $R$-対称性を保存する条件下でどのように実現可能か？
• RQ2 ヒッグスおよびゲージ系に $N=2$ SUSY とディラック型ゲージノ質量を持つモデルの物性的特徴は何か？
• RQ3 真空の安定性がパラメータ $M$ と $D$ に依存する仕組み、特に偽真空崩壊の観点からどのように変化するか？
• RQ4 交差ブレーン構成を用いて、このモデルが弦理論に自然に埋め込めるか？
• RQ5 このメカニズムが、特に低 $ an\beta$ 地域におけるヒッグス系の微調整に与える影響は何か？

主な発見

• ディラック型ゲージノ質量のおかげで、従来のGMSBモデルにない第三のチアリンコ状態が予測される。これは明確な加速器実験の特徴となる。
• ヒッグス系に $D$-平坦な方向がないため、最も軽いヒッグスは標準模型のヒッグスと同一に振る舞い、低 $ an\beta$ 地域における微調整が低減される。
• 真空は準安定であり、トンネル遷移率はユークリッド作用 $S_4 \to \text{const} \times (M^4 / D^2)$ によって抑制される。定数は $\text{const} \times (M^2 / D)^2$ であり、$\text{const} \to \text{order } 10^3$ に近い。
• 有限温度補正により、熱的作用 $S_3(T)/T \to \text{const} \times (M^2 / D)^2$ が得られ、零温度時の結果と同程度のオーダーとなる。これは崩壊の抑制が強く保たれることを示唆する。
• 交差ブレーン構成による六トーラス上のコンパクト化により、弦理論における自然なUV完備化が実現可能である。メッセンジャーおよびヒッグス系には $N=2$ ヒパーマルチプレット、クォークおよびレプトン系には $N=1$ を採用。
• $R$-対称性は弱く破れる。ゴールスティーノは隠れた $U(1)$ のゲージノから生じ、超対称性破れの原因はチャイナルスカラー倍数 $X$ の $F$-項である。