[論文レビュー] Accelerated Unification

Nima Arkani–Hamed, Andrew G. Cohen+1 more|ArXiv.org|Aug 13, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 23

ひとこと要約

本稿では、MSSMのゲージおよびヒッグス構造をN回複製することにより、4次元超対称ゲージ理論における包括的統一の加速を提案する。その結果、統一スケールは$10^{13/N}$ TeVに低減される。この方法は、成功したゲージカップリングの統一を維持しつつ、エネルギースケールを低くするものであり、統一が高エネルギーの基本スケールを必要としないことを示している。

ABSTRACT

We construct four dimensional gauge theories in which the successful supersymmetric unification of gauge couplings is preserved but accelerated by N-fold replication of the MSSM gauge and Higgs structure. This results in a low unification scale of $10^{13/N}$ TeV.

研究の動機と目的

• 成功したゲージカップリングの統一が、$10^{13}$ TeVのような高エネルギーの基本スケールを意味するという従来の仮定に挑戦すること。
• MSSMのゲージカップリング統一が成功しているという事実が、エネルギー砂漠に新しい物理がない場合にのみ成立するのではなく、場の理論的複製によっても低エネルギースケールで統一が達成可能かどうかを調査すること。
• 4次元場の理論モデルを構築し、MSSM構造をN回複製することで低スケールでの統一を実現すること。
• 電弱スケールと統一スケールの間のエネルギー砂漠が強い結合ダイナミクスや新しい物理に置き換えられても、統一メカニズムが頑健であることを示すこと。
• 複製による加速統一と高次元モデルの違いを明確にし、現象が純粋に4次元的であり、高次元理論の脱構築に依存しないことを示すこと。

提案手法

• MSSMゲージ群$SU(3)\times SU(2)\times U(1)$とヒッグス構造を、MSSMと同一のゲージカップリングの走行行動を示すようにN回複製する。
• 電弱スケール$v \sim 1$ TeVにおける木レベルの一致を実装し、N個のコピーの対角部分群を物理的なMSSMゲージ群と同一視する。
• 各$G_i$から対角部分群への対称性の破れを媒介するために、各$G_i$に対して$SU(5)_i \times SU(5)_{i+1}$のグローバルな対称性に従うチャーミカルな超多重項$F_i$および$\bar{F}_i$を導入する。
• 各サイトに$U(1)_{X_i}$ゲージ対称性を導入し、望ましい対称性の破れのパターンを安定化させ、物理的ゲージボソンと混合を避ける。
• 超位相に質量項$W = \sum_i \operatorname{tr} \mu_i \bar{F}_i F_i$を含め、$G_i$群の自発的対称性の破れを引き起こす。
• 対数的走行方程式を用いてゲージカップリングの走行を導出し、$\alpha_3$, $\alpha_2$, $\alpha_1$間の相対的走行がMSSMと同一であるが、統一スケールが$M_U \sim 10^{13/N}$ TeVにシフトしていることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 成功したゲージカップリングの統一を、$10^{13}$ TeV未満の顕著に低い統一スケールに保ちながら実現可能か？
• RQ2 MSSMの統一の成功は、エネルギー砂漠に新しい物理がないことに依存しているのか、それとも場の理論的複製によって達成可能か？
• RQ3 MSSM構造のN重複製がゲージカップリングの走行およびそれによる統一スケールに与える影響は何か？
• RQ4 加速統一は、特にUV完成化およびしきい値補正の観点から、高次元モデルの統一とどのように異なるか？
• RQ5 低統一スケールを持つモデルにおいて、陽子崩壊やその他の臨床的制約を回避できるか？

主な発見

• 統一スケールは$M_U \sim 10^{13/N}$ TeVに低減され、$N$は複製されたMSSMコピーの数である。これにより、実験的にアクセス可能なエネルギースケールでの統一が可能になる。
• ゲージカップリング$\alpha_3$, $\alpha_2$, $\alpha_1$の相対的走行はMSSMと同一であり、成功した統一パターンが維持される。
• このメカニズムは、電弱スケールにおける木レベルの一致に依存しており、各コピーの逆カップリングの和が物理的低エネルギーカップリングを与える。
• N個のサイトを持つモースト/クイバー図を用いた4次元場の理論として、このモデルは実現可能である。各サイトにはMSSMに類似したゲージ系とヒッグス場が存在する。
• N重構造がしきい値補正を上回るため、中間スケールでの強いダイナミクスに対しても、統一メカニズムは頑健である。
• このモデルは高次元の脱構築とは等価ではなく、加速統一は高エネルギーのダイナミクスに起因するものであり、コンパクト化された次元におけるべき乗的走行に依存しない。