[論文レビュー] Coupling of fermionic fields with mass dimensions one to the O'Raifeartaigh model

Kai E. Wunderle, Rainer Dick|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、フェルミオン場を質量次元1に結合させることで、O'Raifeartaighモデルの超対称的拡張を提案し、その結合が超対称性の回復を可能にするが、ローレンツ不変性の破壊を伴うことを示している。このモデルは2つの異なる解を生じる：元のO’Raifeartaighモデルと同様に自発的超対称性が破れる解、およびフェルミオン期待値が非ゼロであるために超対称性が回復する解であり、実験的に検出可能な署名を有する、実現可能な超対称的ダークマター候補が得られる。

ABSTRACT

The objective of this article is to discuss the coupling of fermionic fields with mass dimension one to the O'Raifeartaigh model to study supersymmetry breaking for fermionic fields with mass dimension one. We find that the coupled model has two distinct solutions. The first solution represents a local minimum of the superpotential which spontaneously breaks supersymmetry in perfect analogy to the O'Raifeartaigh model. The second solution is more intriguing as it corresponds to a global minimum of the superpotential. In this case the coupling to the fermionic sector restores supersymmetry. However, this is achieved at the cost of breaking Lorentz invariance. Finally, the mass matrices for the multiplets of the coupled model are presented. It turns out that it contains two bosonic triplets and one fermionic doublet which are mass multiplets. In addition it contains a massless fermionic doublet as well as one fermionic triplet which is not a mass multiplet but rather an interaction multiplet that contains component fields of different mass dimension. These results show that the presented model for fermionic fields with mass dimension one is a viable candidate for supersymmetric dark matter that could be accessible to experiments in the near future.

研究の動機と目的

• 質量次元1のフェルミオン場を組み込むことで、O’Raifeartaighモデルを拡張し、超対称的枠組み内でのELKOスピン場の一般化を行う。
• これらの特異なフェルミオンと超対称的モデル内の超対称性破れおよびローレンツ不変性への影響を調査する。
• 結合系が質量多重粒子を支持するか、およびダークマター候補を特定するかを同定する。
• 質量次元1のフェルミオンが、ヒッグス系への検出可能な結合を有する隠れたセクターのダークマター候補として実現可能かどうかを検討する。
• 特に、混合質量次元を持つ場を含む相互作用多重粒子の出現に注目し、結合モデルにおける質量行列および多重粒子構造を分析する。

提案手法

• 真空期待値が非ゼロであるチャイナルスレーブと、質量次元1のスピンルースレーブを結合するスーパーポテンシャルの構築。
• スーパーポテンシャルの最小化により、成分場の真空期待値を決定し、自明でない2つの解（自明解と非自明解）を同定。
• 補助場およびフェルミオン場の運動方程式を導出。F項およびフェルミオン系への結合強度の寄与を含む。
• 成分場をその真空期待値の周りで展開し、質量行列を計算し、多重粒子構造を分析。
• 非ゼロのフェルミオン期待値が時空に優先的な方向を導入するかどうかを検討することで、ローレンツ不変性の評価。
• 結合強度をゼロに減少させることによる整合性の確認。これにより、モデルが元のO’Raifeartaighモデルおよびフェルミオン場モデルに還元されることを確認。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量次元1のフェルミオン場をO’Raifeartaighモデルに一貫して結合させ、超対称性を保存できるか？
• RQ2 質量次元1のフェルミオンとO’Raifeartaighモデルの結合が、超対称性の回復をもたらすか。もしそうなら、どのような条件下で？
• RQ3 結合がローレンツ不変性に与える影響は何か？超対称性が回復する際、この対称性が破れるか？
• RQ4 結合モデルにおける質量行列および多重粒子構造は、元のO’Raifeartaighモデルとどのように異なるか？
• RQ5 得られるモデルが、実現可能で、実験的に検出可能な超対称的ダークマター候補を支持するか？

主な発見

• 結合モデルは2つの異なる真空解を許容する：元のO’Raifeartaighモデルと同様に自発的超対称性が破れる解、およびフェルミオン場の非ゼロ期待値によって超対称性が回復する解。
• 超対称性の回復は、非ゼロのフェルミオン期待値が時空に優先的な方向を導入することにより、ローレンツ不変性の破壊を伴う。
• 質量行列は、2つのボソン的三重粒子と1つのフェルミオン的二重粒子が質量多重粒子を形成することを示し、加えて質量ゼロのフェルミオン二重粒子と、成分場が異なる質量次元を持つため質量多重粒子でないフェルミオン三重粒子が存在する。
• ボソン的質量項は、元のO’Raifeartaighモデルが任意のスケールパラメータに依存するのに対し、結合強度およびフェルミオン質量スケールに依存するようになる。
• O’Raifeartaighモデルにおけるフェルミオン三重粒子は、結合強度およびフェルミオン質量スケールに依存するフェルミオン二重粒子に置き換わり、混合質量次元を持つ場を含む新しい相互作用多重粒子が出現する。
• モデルは、ヒッグス場に主に結合する実現可能な超対称的ダークマター候補を提供し、LHCにおけるヒッグス分岐比のずれを通じて実験的検出が可能になる可能性がある。