[論文レビュー] Flipped SU(5): a Grand Unified Superstring Theory (GUST) Prototype

J. A. López, D.V. Nanopoulos|ArXiv.org|Nov 8, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、グルーブ統一超弦理論（GUST）のプロトタイプとして、反転SU(5)を提案し、それを超弦理論から導出し、主要な物性論的課題を解決する。この理論は、LEPスケール（約10^16 GeV）を生成するメカニズムを提示し、ノスケール構造を安定化させ、実験と整合する陽子崩壊断面積を予測するとともに、トップクォーク質量を1つの超対称性破れパラメータに結びつけ、175 GeV付近の予測を達成する。

ABSTRACT

In this Lecture we first review the basic properties that make flipped SU(5) a very economical and well motivated unified model, including some recent developments regarding the prediction for $α_s$ and new implications for proton decay. Then we sketch the derivation of flipped SU(5) from strings, stressing some new results concerning the cosmological constant, the stability of the no-scale mechanism, and a new mechanism for generating the ``LEP" scale $M_{ m LEP}\sim10^{16}\GeV$ in string models. Finally we present a sample supersymmetry breaking scenario, where all sparticle masses depend on a single parameter, and discuss the experimental signatures at LEP and the Tevatron. This scenario also predicts the top-quark mass to be close to 175 GeV. (Lecture presented by D.~V.~Nanopoulos at the 33rd International School of Subnuclear Physics ``Vacuum and vacua: the physics of nothing", Erice, July 2-10, 1995.)

研究の動機と目的

• 超弦理論の枠組み内で反転SU(5)を実現可能かつ経済的な大統一理論（GUT）モデルとして確立すること。
• 電弱スケール（LEPスケール ~10^16 GeV）を超弦理論的原理から導出し、階層問題に対処すること。
• 超弦コンact化においてノスケール機構を安定化させ、宇宙論的整合性を保証すること。
• 1つのパラメータに依存する超対称性破れシナリオを構築し、コライダー観測量の予測力を高めること。
• トップクォーク質量の予測を統一スケールに関連付け、実験データと照合すること。

提案手法

• 特定のオルビフォールドおよびオルビフォールド型の構成を用いて、ヘテロティック超弦理論のコンパクト化から反転SU(5)ゲージ群を導出する。
• モジュライ場の安定化と有効ポテンシャルにおける宇宙定数の抑制のためにノスケール機構を適用する。
• 超弦コンパクト化における非摂動的効果を介して、LEPスケール（約10^16 GeV）を生成する新しいメカニズムを導入する。
• すべてのスフェルミオンおよびゲージノー質量が1つのパラメータに依存する超対称性破れシナリオを構築し、モデルの複雑さを低減する。
• 有効場理論におけるケーラー補助関数とスーパーポテンシャルの構造を用いて、スカラー場ポテンシャルおよび真空構造を制約する。
• 反転SU(5)の群構造から導かれる統一ゲージ結合定数およびフェルミオン質量行列を用いて、次元5のオペレーターを通じた陽子崩壊断面積を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 反転SU(5)は、宇宙定数およびノスケール構造を安定化させつつ、超弦理論から一貫して導出可能か？
• RQ2 電弱スケール（約10^16 GeV）は、超弦理論的フレームワーク内でどのように動的に生成可能か？
• RQ3 1つの超対称性破れパラメータがスパーティクル質量およびトップクォーク質量の予測に果たす役割は何か？
• RQ4 反転SU(5)における陽子崩壊断面積は実験的限界とどのように比較されるか？このことからモデルにどのような制約が生じるか？
• RQ5 統一された超弦ベースのモデル内で、トップクォーク質量が約175 GeVに予測可能か？

主な発見

• LEPスケール（約10^16 GeV）は、超弦コンパクト化における新しい非摂動的メカニズムによって生成され、電弱スケールの動的起源を提供する。
• ノスケール機構はモデル内で安定化され、宇宙定数がゼロで、真空構造が一貫していることを保証する。
• 統一ゲージ結合定数が適切に制約されれば、スーパーカミオカンデの実験限界と整合する陽子崩壊断面積が予測される。
• トップクォーク質量は約175 GeVに予測され、後の実験測定値と非常に良好に一致する。
• すべてのスパーティクル質量は1つの超対称性破れパラメータに依存し、モデル内の自由パラメータの数を顕著に削減する。
• モデルはゲージ結合定数の統一に成功し、電弱スケールにおける強い結合定数αsの正しい値を再現する。