[論文レビュー] Explicit Soft Supersymmetry Breaking in the Heterotic M-Theory $B-L$ MSSM

Anthony Ashmore, Sebastian Dumitru+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2020

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 129被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、強い結合したヘテロティック真空におけるゲージノ凝縮を通じて、ヘテロティック M理論 B−L MSSM における明示的なソフトなスピン統計の破れの現実的メカニズムを提案する。特定のラインバンド L = OX(2,1,3) が低凝縮スケール（約1–10 TeV）をもたらすことに注目し、モジュライ依存のソフト項を計算。実験的制約、特に二次的ヒッグス-ヒッグス共役項の制約を満たす初期条件の大幅なサブセット（「レッド」点と呼ばれる）が、実験的・現象論的に妥当な低エネルギー物理学をもたらすことを示した。

ABSTRACT

The strongly coupled heterotic M-theory vacuum for both the observable and hidden sectors of the $B-L$ MSSM theory is reviewed, including a discussion of the "bundle" constraints that both the observable sector $SU(4)$ vector bundle and the a hidden sector bundle induced from a line bundle must satisfy. Gaugino condensation is then introduced within this context, and the hidden sector bundles that exhibit gaugino condensation are presented. The condensation scale is computed, singling out one line bundle whose associated condensation scale is low enough to be compatible with the energy scales available at the LHC. The corresponding region of K\"ahler moduli space where all bundle constraints are satisfied is presented. The generic form of the moduli dependent $F$-terms due to a gaugino superpotential - which spontaneously break $N=1$ supersymmetry in this sector - is presented and then given explicitly for the unique line bundle associated with the low condensation scale. The moduli dependent coefficients for each of the gaugino and scalar field soft supersymmetry breaking terms are computed leading to a low-energy effective Lagrangian for the observable sector matter fields. We then show that at a large number of points in K\"ahler moduli space that satisfy all "bundle" constraints, these coefficients are initial conditions for the renormalization group equations which, at low energy, lead to completely realistic physics satisfying all phenomenological constraints. Finally, we show that a substantial number of these initial points also satisfy a final constraint arising from the quadratic Higgs-Higgs conjugate soft supersymmetry breaking term.

研究の動機と目的

• 強い結合したヘテロティック M理論における隠れたセクターのバンドを構築し、LHCエネルギースケールと整合可能な十分低いスケールでのゲージノ凝縮を可能にするものとする。
• 隠れたセクターにおけるN = 1 SUSYの自発的破れから生じる、モジュライ依存のF項および観測セクターのソフトな超対称性破れパラメータを計算する。
• 得られるソフト項が、ヒッグス-ヒッグス共役項の制約を含むすべての実験的制約を満たす現象論的に妥当な低エネルギー物理学をもたらすかどうかを特定する。
• すべてのバンド制約が満たされ、ソフト項が現実的な統合群の進化結果をもたらすKählerモジュライ空間内の領域を同定する。

提案手法

• SchoenのCalabi–Yau3-fold上で、観測可能なSU(4)ベクトルバンドと隠れたセクターのラインバンド制約を含む、B−L MSSMのヘテロティック M理論の真空をレビューする。
• LHCエネルギースケールと整合可能な低凝縮スケール（約1–10 TeV）をもたらす唯一のラインバンド L = OX(2,1,3) を同定する。
• ゲージノスーパーポテンシャルからモジュライ依存のF項を計算し、隠れたセクターにおけるN = 1超対称性の自発的破れを記述する。
• 重力ゲージ粒子質量、スカラー質量、三次相互作用項、およびホロモーフィックな二次項のすべてについて、モジュライ依存係数の明示的表現を導出する。
• Kählerモジュライ空間における統計的スキャンを実施し、統合群進化（RGE）解析を用いて得られるソフト項を評価する。
• 初期条件を「ブラック」点（現象論的に妥当）または「レッド」点（ヒッグス-ヒッグス共役項の制約も満たす）に分類する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 強い結合したヘテロティック M理論 B−L MSSM の真空における、どの隠れたセクターのラインバンドがLHCエネルギースケールと整合可能なゲージノ凝縮スケールをもたらすか？
• RQ2 ゲージノ凝縮によるN = 1超対称性の自発的破れから、観測セクターにおけるモジュライ依存のソフトな超対称性破れパラメータはどのように生じるか？
• RQ3 Kählerモジュライ空間内の初期条件のうち、統合群進化後に現象論的に妥当な低エネルギー物理学をもたらす割合はどの程度か？
• RQ4 これらの初期条件のうち、ホロモーフィックな二次的ヒッグス-ヒッグス共役項の係数に関する追加制約を満たすものはあるか？
• RQ5 この枠組みで現実的で妥当な現象論的結果をもたらすソフトSUSY破れスケール msusy の範囲は何か？

主な発見

• ラインバンド L = OX(2,1,3) は、LHCエネルギースケールと整合可能なゲージノ凝縮スケール [1 TeV, 10 TeV] をもたらす唯一の隠れたセクターのバンドであると同定された。
• Kählerモジュライ空間内の初期条件の大幅なサブセット（「レッド」点と呼ばれる）が、ヒッグス-ヒッグス共役項の制約を含むすべての低エネルギー現象論的制約を満たすソフト項を生成した。
• 「ブラック」点の有効領域は、msusy ∈ [1 TeV, 105 TeV] である緑色サブ領域内のストリップとして形成され、現実的であると考えられる最も有望な領域は msusy ∈ [1 TeV, 10 TeV] である。
• msusy ≲1 TeV ではスパーティクル質量が実験的下限を下回るため「ブラック」点が生成されず、msusy > ∼105 TeV ではヒッグス質量が実験的上限と整合しないため同様に「ブラック」点が生成されない。
• 高エネルギースケールでの小さなヤヌカカップリング（yb, yτ）を無視することで簡略化された条件下で、「右向き」および「逆向き」の階層構造について、bおよびµのRGE解が導出された。
• ホロモーフィックな二次項の係数に関する最終的制約は、初期条件の大幅なサブセットによって満たされたことから、「レッド」点が物理的に妥当であることが確認された。