[論文レビュー] A Solution to the Supersymmetric Fine-Tuning Problem within theMSSM

Ryuichiro Kitano, Yasunori Nomura|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 58

ひとこと要約

この論文は、MSSMにおけるスピン統一の微調整問題を、モジュライと異常媒光によるスピン統一対称性の破れの寄与を組み合わせることで解決する。これにより、自然に軽いヒッグスノ中性子が得られ、ゲージノとスフェルミオンの質量スケールがほぼユニバーサルになるが、トップスクアーアークを除いて、20%未満の微調整で、120 GeV未満の軽いヒッグスボソンと300 GeV未満のトップスクアーアークを予測する。

ABSTRACT

Weak scale supersymmetry has a generic problem of fine-tuning in reproducing the correct scale for electroweak symmetry breaking. The problem is particularly severe in the minimal supersymmetric extension of the standard model (MSSM). We present a solution to this problem that does not require an extension of the MSSM at the weak scale. Superparticle masses are generated by a comparable mixture of moduli and anomaly mediated contributions, and the messenger scale of supersymmetry breaking is effectively lowered to the TeV region. Crucial elements for the solution are a large A term for the top squarks and a small B term for the Higgs doublets. Requiring no fine-tuning worse than 20%, we obtain rather sharp predictions on the spectrum. The gaugino masses are almost universal at the weak scale with the mass between 450 and 900 GeV. The squark and slepton masses are also nearly universal at the weak scale with the mass a factor of √ 2 smaller than that of the gauginos. The only exception is the top squarks whose masses split from the other squark masses by about mt/ √ 2. The lightest Higgs boson mass is smaller than 120 GeV, while the ratio of the vacuum expectation values for the two Higgs doublets, tan β, is larger than about 5. The lightest superparticle is the neutral Higgsino of the mass below 190 GeV, which can be dark matter of the universe. The mass of the lighter top squark can be smaller than 300 GeV, which may be relevant for Run II at the Tevatron.

研究の動機と目的

• 弱スケールにおけるスピン統一の微調整問題をMSSMフレームワーク内で解決すること。
• 弱スケールで新しい物理を導入せずに電弱スケールを自然に生成するメカニズムを特定すること。
• 最小限の微調整（≤20%）を達成しながら、ダークマターとLHC/Tevatronの信号といった重要な物性的特徴を保持すること。
• このメカニズムがヒッグスボソン質量、tanβ、およびスーパーパarticle質量に与える影響を特定すること。

提案手法

• モジュライ媒光と異常媒光によるスピン統一対称性の破れ寄与を組み合わせ、スーパーパarticle質量を生成すること。
• モジュライと異常項の相互作用によって、効果的にメッセージスケールをTeV領域に低下させることを仮定すること。
• 電弱真空を安定化させるために、トップスクアーアークに大きなA項、ヒッグスダブルレットに小さなB項を課すこと。
• 大きなトップヤコビ係数を用いた放射的電弱対称性の破れにより、自然に正しいヒッグス質量を達成すること。
• 高スケール境界条件から弱スケールスペクトルを決定するために、走馬灯群の発展を適用すること。
• パラメータ空間を制約し、予測可能なスペクトルパターンを導出するために、20%の微調整上限を課すこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱スケールで新しい物理を導入せずに、MSSMが自然な電弱対称性の破れを達成できるか？
• RQ2 モジュライと異常媒光寄与のどの組み合わせが、MSSMにおける妥当で微調整されたスペクトルをもたらすか？
• RQ3 トップスクアーアークに大きなA項、ヒッグスダブルレットに小さなB項を課すと、ヒッグス質量と真空安定性にどのような影響を与えるか？
• RQ4 最小限の微調整下で、最も軽いヒッグスボソン、ヒッグスノ、およびトップスクアーアークの質量は予測されるか？
• RQ5 このフレームワーク内で、最も軽いスーパーパarticleが実現可能なダークマター候補になれるか？

主な発見

• 弱スケールにおけるゲージノ質量はほぼユニバーサルであり、質量範囲は450–900 GeVである。
• スクアーアークと Slepton 質量は、ゲージノ質量のおよそ1/√2の割合でほぼ degenerate である。
• トップスクアーアークは他のスクアーアークから約 mt/√2 だけ分離し、より軽いトップスクアーアーク状態を形成する。
• 最も軽いヒッグスボソンの質量は120 GeV未満であると予測される。
• 真空期待値の比、tanβは約5より大きい。
• 最も軽いスーパーパarticleは中性のヒッグスノであり、質量は190 GeV未満であるため、実現可能なダークマター候補である。