[論文レビュー] Decoupling heavy sparticles in hierarchical SUSY scenarios: Two-loop Renormalization Group equations

Carlos Tamarit|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、Split SUSYおよびEffective SUSYのシナリオにおける重いストロングレプトンの脱結合によって生じる低エネルギー有効理論の二ループの整合性のとれたRGE（再結合方程式）を導出する。特に、1つのヒッグス粒子を持つ場合に焦点を当てている。物理的で質量依存の脱結合スキームを導入することで、$¯{\text{DR}}$スキームにおける摂動的不安定性——特に第3世代のスカラー質量をタキオン的（虚質量）に駆り込む大きな対数補正——を解消し、信頼性の高い正の走行を伴うスパーティクル質量を実現。これにより、軽い第3世代スパーティクルを含むパラメータ空間が拡張される。

ABSTRACT

Two loop renormalization group equations for dimensionless as well as dimensionful parameters are obtained for the low energy theories that result from decoupling heavy scalar particles in Split SUSY and Effective SUSY scenarios, assuming that only a single Higgs field survives at low energy. For the Effective SUSY case two scenarios are considered: first, when the only light third generation scalars are the partners of the left-handed quark doublet and the right-handed top quark --which yields the minimal matter content compatible with naturalness-- and second, when all the scalars of the third generation are light. These beta functions implementing decoupling will be useful to avoid the problems of perturbation theory in the MSSM in a mass-independent scheme such as DR-bar when large hierarchies in the spectrum are present.

研究の動機と目的

• スパーティクル間に大きな質量階層が存在する際、$¯{\text{DR}}$スキームにおけるMSSMにおける摂動論の破綻を解消すること。
• MSSMの二ループ$¯{\text{DR}}$ RGEにおいて、大きな対数補正が引き起こすタキオン的スカラー質量の問題を解決すること。
• Split SUSYおよび2つのEffective SUSYバージョンにおける、重いスパーティクルを脱結合した低エネルギー有効理論の正確な二ループ$¯{\text{MS}}$スキームRGEを導出すること。
• 特に自然性とLHCの制約の文脈において、軽い第3世代スパーティクルを含むパラメータ空間の信頼性ある探索を可能にすること。

提案手法

• Split SUSYおよび2つのEffective SUSYシナリオにおける重いスパーティクルを統合した低エネルギー理論における次元なしおよび次元付き結合定数の二ループRGEを導出する。
• 複素フェルミオン場および非対角的フレーバー構造を適切に扱った$¯{\text{MS}}$スキームを用い、先行研究で形式化された手法に従う。
• 次元正則化の枠組みを適用し、重い粒子の脱結合に起因する有限のしきい値補正を処理する。
• ゲージ結合定数、ヤコビ結合定数、四次結合定数、フェルミオン質量、スカラー質量、三線形結合定数、ヒッグスの異常次元のベータ関数を計算する。
• 既存の文献と照合し、初期の不一致を是正。Split SUSYにおいては、独立した計算と完全に一致する。
• 大規模な有限補正を再結合する段階的走行スキームを実装し、物理的脱結合を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SUSYスペクトルにおける大きな質量階層が、$¯{\text{DR}}$スキームにおける二ループRGEの信頼性にどのように影響するか？
• RQ2 Split SUSYおよびEffective SUSYシナリオにおける重いスパーティクルを脱結合した後に生じる低エネルギー有効理論の二ループRGEは何か？
• RQ3 重い粒子に起因する有限のしきい値補正は、MSSMの$¯{\text{DR}}$スキームにおけるスカラー質量の走行をどの程度歪めるか？
• RQ4 物理的で質量依存の脱結合スキームは、第3世代スカラー質量の走行を安定化させ、非物理的なタキオン的振る舞いを防げるか？
• RQ5 スカラー質量の進化および有効なパラメータ空間の観点から、脱結合したRGEフローと非脱結合MSSM $¯{\text{DR}}$フローの違いは何か？

主な発見

• Split SUSYおよび2つのEffective SUSYシナリオ（最小および第3世代スカラーを完全に含む）の二ループRGEが導出され、独立した計算と完全に一致する。
• 重い粒子に起因する有限のしきい値補正は、第3世代スカラー質量の走行において最大で約~1 TeV²に達する可能性があり、非脱結合$¯{\text{DR}}$スキームでは顕著に結果を歪める。
• 非脱結合$¯{\text{DR}}$スキームでは、二ループRGEが第3世代スカラー質量をタキオン的（負の質量）に駆り込むため、摂動論的信頼性が損なわれる。
• 一方、脱結合RGEフローではスカラー質量が正であり安定しており、かつてタキオン的不安定性のため無視されていた軽いスパーティクル領域の探索が可能になる。
• 脱結合手順により、大規模な有限補正が再結合され、MSSM $¯{\text{DR}}$フローと物理的低エネルギー理論との間の不一致が、低エネルギーで最大で約~1 TeV²まで減少する。
• 結果として、特に軽い第3世代スパーティクルを含む、より広範かつ信頼性の高いパラメータ空間スキャンが可能になる。現在のLHCデータでは、これらが十分に制約されていない。