[論文レビュー] Did the nHZ Gravitational Waves Signatures Observed By NANOGrav Indicate Multiple Sector SUSY Breaking?

Xiao Kang Du, Ming Huang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 20

ひとこと要約

本論文は、複数セクターSUSYブレークによって誘発される、明示的に破られた離散R対称性を介してドメイン壁が形成され、その崩壊がnHzの重力波を放出し、NANOGrav信号と一致する可能性があることを示し、軽いゴールドスティーニを示唆する、という主張を提案する。

ABSTRACT

Discrete R symmetries always play an important role in low energy SUSY. The spontaneously broken of such discrete R symmetries, for example, by gaugino condensation, can lead to domain walls, which need to be either inflated away or collapse to avoid cosmic difficulties. We propose that explicitly R symmetry violation needed for collapse of domain walls can be the consequence of multiple sector SUSY breaking. The consistency constraints for the generation of non-problematic domain walls from gaugino condensation are discussed. We also study the emitted gravitational waves related to the collapse of domain walls. We find that, for SUSY breaking scale of order ${\cal O}(1)$ ${ m GeV}$ in one of the sequestered sector (and also a low reheating temperature of order ${ m MeV}$ if the reheating is not completed when the domain walls collapse), the peak frequency of gravitational waves emitted can lie at nHz. Such a low SUSY breaking scale can be consistency and natural in multiple sector SUSY breaking scenario. The GWs signal by NANOGrav could be a signal of such multiple sector SUSY breaking scenario and it may also indicate the existences of light goldstini at ${ m eV}$ mass scale.

研究の動機と目的

• 低エネルギーSUSYにおける離散R対称性と、自発的対称性破裂後のドメインウォール問題を動機づける。
• マルチセクターSUSYブレークフレームワークにおいて、明示的なR対称性の破れが自然に生じ得ることを示す。
• 宇宙論的問題を避けるためのドメインウォール形成と崩壊の一貫性条件を導出する。
• ドメインウォール崩壊からの重力波信号を計算し、SUSYブレークスケールと関連付ける。

提案手法

• sequestered SUSY-breakingセクターとSSM間で伝播されるループ抑制オペレーターを介して、明示的離散R違反をモデル化する。
• 小さな明示的破れ項 w_c を含むスーパー力学的ポテンシャルを用いて、ガウジノン凝縮によるドメイン壁を記述する。
• ドメイン壁の緊張 sigma とバイアス epsilon を推定し、過剰閉塞を避ける崩壊条件を導出する。
• ドメイン壁崩壊からの重力波スペクトルを、赤方偏移効果と再加熱シナリオを含めて計算する。
• ピーク重力波周波数とエネルギー密度を am_3/2（従って F_i）と再加熱温度 T_R に関連付ける。
• 低再加熱温度の可能性と、それが f_peak^0 および Omega_gw^0 に及ぼす影響を論じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチセクターSUSYブレークは、ドメイン壁を宇宙論的問題なく消滅させるのに十分な明示的R対称性違反を生成し得るか。
• RQ2 ドメイン壁崩壊からの予測重力波シグネチャは、NANOGrav観測と整合するか。
• RQ3 sequesteredセクターのSUSYブレークスケールは、GWピーク周波数とエネルギー密度にどう対応するか。
• RQ4 再加熱とガウジノ凝縮誘起ドメイン壁が観測可能なnHz GWを生む条件は何か。
• RQ5 この結果はeVスケールの軽いゴールドスティーニの存在を示唆するか。

主な発見

• 離散R対称性破壊から生じるドメイン壁は、マルチセクターSUSYブレークで生じるループ抑制明示的R違反項によって消滅しうる。
• セスクエーテッドセクターのSUSYブレークスケールが約1 GeV、再加熱温度が約MeV付近の場合、GWピークはnHz付近に現れる可能性がある。
• 現在の重力波密度 Omega_gw^0 は約1.16 x 10^-5 × (A^2)(b/a)^2 のオーダーで、 am_3/2 がスケールを決定する。
• 今日のピーク重力波周波数は am_3/2 と T_R に比例しており、特定のパラメータ選択で f_peak^0 が約 10^-9 Hz となり得る。
• このシナリオは、i番目のセクターにおける低い F_i が原因で、質量がeVスケールの軽いゴールドスティーニの存在を自然に示唆する。
• NANOGrav信号は、このようなマルチセクターSUSYブレーク由来のGW生成から生じるものとして解釈できる可能性がある。