[論文レビュー] Cosmological Supersymmetry Breaking and the Power of the Pentagon: A Model of Low Energy Particle Physics

T. Banks|ArXiv.org|Oct 12, 2005

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 10被引用数 19

ひとこと要約

この論文は、シングレット場 S と T を用いた強い結合ゲージ相互作用を介して宇宙論的スピン統一対称性破れ（CSB）を実装する低エネルギー有効理論である「ペンタゴン」モデルを提案する。このモデルは自然な電弱対称性破れを実現し、tanβ ≈ 1 を予測し、強いCP問題を解消するTeVスケールのaxion類粒子を生成するが、実験的制約のため、ゲージスケールを約3 TeVに微調整する必要がある。

ABSTRACT

I present a low energy Lagrangian implementing the idea of Cosmological SUSY breaking (CSB). The model predicts ${ m tan}β\sim 1$, and incorporates a new mechanism for breaking of $SU(2) imes U(1)$. The Higgs mass is determined by new physics and can evade the bounds of the MSSM. The model resolves the CP and flavor problems of SUSY. The up quark mass is non-vanishing. An axion-like particle, with TeV scale decay constant, appears inevitably. Such a particle is experimentally ruled out if it has conventional QCD axion couplings. The problem {\it may} be avoided by adding dimension 5 operators, which explicitly break the axial symmetry, but this probably introduces a strong CP problem.

研究の動機と目的

• R対称性の破れに依存せず、宇宙論的スピン統一対称性破れ（CSB）を実装する実現可能な低エネルギー有効場理論を構築すること。
• 強い結合ゲージ相互作用を用いた新しいメカニズムにより、超対称モデルにおける強いCP問題およびフラバー/CP問題を解決すること。
• 強いCP問題を解消できるTeVスケールのaxion類粒子を生成するとともに、次元5演算子による明示的対称性破れを通じて実験的除外を回避すること。
• モデルを動的スピン統一対称性破れ（DSB）またはCSBとしての二重解釈にできるかを検討し、その物性的結果を評価すること。
• このモデルにおける宇宙定数の anthropic 制約を調査し、その観測値が星や銀河の安定性とどのように関連するかを明らかにすること。

提案手法

• 標準模型の量子数に従う物質場を有する強い結合ゲージ理論 G を導入し、G と、R荷が2のシングレット超多重スカラー場 S と T を含む。
• 宇宙定数 λ を含む非摂動的超ポテンシャル項を導入し、G ~ M で最小値を持つ有効ポテンシャルを生成することで、SUSY を動的に破れるようにする。
• G の強いダイナミクスによって生成される逆ケーラー計量 K^{GḠ} を用い、SUSY 破れを可視領域に媒介する。
• 定数項を調整することで超ポテンシャルを設定し、低エネルギーでの宇宙定数を観測値 λ に一致させ、de Sitter真空の準安定性を保証する。
• ヒッグス系をF項とD項を含めて解析し、F項とD項の寄与の組み合わせによりヒッグス質量が安定化され、D項の最小化により tanβ ≈ 1 が強制されることを示す。
• 軸対称性から生じる擬スジ・ナマブ・ゴールドストン粒子（PNGB）がQCD axionとして機能するが、次元5演算子による明示的対称性破れで質量を上昇させ、実験的除外を回避する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R対称性の破れや基本的なR荷が2の場を用いずに、低エネルギー有効理論が宇宙論的スピン統一対称性破れ（CSB）を実現可能か？
• RQ2 従来のQCD axionや質量ゼロの上クォークを導入せず、強いCP問題をどのように解決できるか？
• RQ3 ペンタゴンモデルにおけるPNGBの役割は何か？また、その質量を十分に上昇させ、実験的制約を回避しつつ、強いCP問題の解として妥当な解となるか？
• RQ4 ゲージスケール M、宇宙定数 λ、電弱スケール v = 250 GeV の間の相乗作用が、モデルの物性的制約にどのように影響するか？
• RQ5 星や銀河の安定性に与える影響を踏まえた場合、このモデルで観測された宇宙定数の値をanthropic推論で説明できるか？

主な発見

• R対称性を基本的なレベルで保ちつつ、R荷が2の基本場を必要とせず、強い結合ゲージ相互作用 G を通じて宇宙論的SUSY破れを実現する。
• D項とF項の最小化により、ヒッグス系は tanβ ≈ 1 を達成し、Λ₅ = 3 TeV のとき、約1%の微調整により電弱スケール v = 250 GeV が安定化される。
• 軸対称性から生じる擬スジ・ナマブ・ゴールドストン粒子（PNGB）としてTeVスケールのaxion類粒子が出現し、次元5演算子によるカップリングの修正があれば、強いCP問題を解消できる可能性がある。
• 次元5演算子による明示的対称性破れでaxion質量を約1 TeVに上昇させることで、実験的除外を回避可能であるが、これにはゲージスケールを約3 TeVに微調整する必要がある。
• モデルは、宇宙定数 λ がプランク単位で約10⁻¹²⁰に微調整される必要があり、星や銀河の安定性に基づくanthropic制約により、観測値の数オーダーの範囲内に束縛される可能性がある。
• モデルは二重解釈を示す：SUSY破れ真空が準安定であるCSBモデルとして、または低スケールaxionを持つDSBモデルとして解釈可能であり、主な違いはaxion質量の起源にある。