[論文レビュー] From F-theory GUTs to the LHC

Jonathan J. Heckman, Cumrun Vafa|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 12被引用数 28

ひとこと要約

この論文は、陽子崩壊、ゲージ結合定数の統一、およびμ/Bμ問題といった4次元GUTモデルの主要な課題に成功裏に応答する予測可能な下からのF-theory GUTのアプローチを提示する。異常なU(1)PQ対称性をE6 GUTに埋め込み、ゲージメディエーションを変形することで、特定のスケール（約10^12 GeV）での超対称性の破れを予測し、これにより制約されたMSSM超対称スケールスペクトルが得られ、最も軽いストップが約900 GeV、LHCにおける主要な信号はqg → ~qR~gで、断面積は約300 fbとなる。

ABSTRACT

This paper provides an overview to three recent papers on the bottom up approach to GUTs in F-theory. We assume only a minimal familiarity with string theory and phenomenology. After explaining the potential for predictive string phenomenology within this framework, we introduce the ingredients of F-theory GUTs, and show how these models naturally address various puzzles in four-dimensional GUT models. We next describe how supersymmetry is broken, and show that in a broad class of models, solving the mu/B mu problem requires a specific scale of supersymmetry breaking consistent with a particular deformation of the gauge mediation scenario. This rigid structure enables us to reliably extract predictions for the sparticle spectrum of the MSSM. A brief sketch of expected LHC signals, as well as ways to falsify this class of models is also included.

研究の動機と目的

• UVの弦理論物理学から観測可能なLHCの素粒子物理学に至るF-theory GUTの予測可能な下からの枠組みを構築すること。
• 陽子崩壊、ダブルット・トリプレット分裂、およびμ/Bμ問題といった4次元GUTモデルにおける長年の課題を解決すること。
• F-theoryコンactificationから導かれる幾何学的および対称性に基づく選択基準によってMSSMパラメータ空間を制約すること。
• このクラスのモデルに対する検証可能なLHC信号および除外チャネルを同定すること。

提案手法

• 楕円的ファイバー化されたCalabi-Yau4-foldへのF-theoryコンactificationを用いて、GUTスケールのゲージ群と物質表現を実現する。
• 特定のブレーン配置とフラックスを用いた局所的モデル構築技術を採用し、正しいMSSMスペクトルを得るためのE6 GUTの埋め込みを実現する。
• 異常なU(1)PQ対称性を導入し、ゲージメディエーションの変形によってμ/Bμ問題を安定化させ、超対称性の破れスケールを約10^12 GeVに固定する。
• GUTスケールから弱いスケールへのランゲル・グローバルな発展を適用し、SOFTSUSYに類似したツールを用いてソフト質量および超対称スケールスペクトルを計算する。
• 主な生成および崩壊チェーンの分析を通じてコライダーの署名を導出する。たとえばqg → ~qR~gは約300 fbの断面積を持つ。
• 標準的およびPQ変形メディエーションの両方のシナリオを検討し、LHCでの発見可能性とバックグラウンドの区別可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 F-theory GUTsは、微調整を必要とせず、MSSMにおけるμ/Bμ問題を解決する予測可能な枠組みを提供できるか？
• RQ2 F-theoryコンactificationにおける幾何的制約は、どのようにMSSM超対称スケールスペクトルをきめ細かく制約するか？
• RQ3 このクラスのF-theory GUTモデルにおける主なLHC信号は何か？ そして、標準模型のバックグラウンドからどのように区別できるか？
• RQ4 GUTスケールとプランクスケールの間の小さな階層（約10^-3）は、このF-theoryフレームワーク内で自然に説明可能か？
• RQ5 さらに、これらのモデルの妥当なパラメータ空間を精緻化するための宇宙論的およびフレーバー的制約は何か？

主な発見

• μ/Bμ問題は、異常なU(1)PQ対称性によって引き起こされるゲージメディエーションの特定の変形により解決され、超対称性の破れスケールが約10^12 GeVに固定される。
• 最も軽いストップの質量は約900 GeVと予測され、これはF-theory GUT構築のきめ細かな構造に起因する。
• 主なLHC生成過程はqg → ~qR~gであり、断面積は約300 fbであり、これにより主な発見チャネルとなる。
• モデルは、次に軽い超対称粒子（NLSP）としてビノに似た最も軽い中性レプトンを予測し、一部のシナリオではずれのある頂点の署名をもたらす。
• このフレームワークは、幾何学に依存するべきべき乗則的依存性を通じて、GUTスケールとプランクスケールの間の小さな階層を自然に実現する。波動関数における指数的抑制の可能性も有する。
• このモデルは検証可能である：もしLHCが900 GeVとは著しく異なるストップ質量、または異なる主な信号を観測すれば、このクラスのモデルは除外される可能性がある。