[論文レビュー] In Search of the (Minimal Supersymmetric) Standard Model String

Gerald Cleaver|ArXiv.org|Mar 2, 2007

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 37被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、文字通りの最小超対称標準模型（MSSM）構造を持つ最初のホモトピー的自由フェルミオンモデルを含む、MSSMに由来する弦理論の構築の発展をレビューしている。3世代の物質、1組のヒッグス粒子、および特異状態を含まない。真空期待値が異常キャンセレーションから生じ、質量階層と物理的ヒッグスを生成する一方、超対称性の破れは隠れたセクターの凝集により生じ、弦理論におけるMSSMの実現に向けて基礎的段階を築いた。

ABSTRACT

This paper summarizes several developments in string-derived (Minimal Supersymmetric) Standard Models. Part one reviews the first string model containing solely the three generations of the Minimal Supersymmetric Standard Model and a single pair of Higgs as the matter in the observable sector of the low energy effective field theory. This model was constructed by Cleaver, Faraggi, and Nanopoulos in the Z_2 x Z_2 free fermionic formulation of weak coupled heterotic strings. Part two examines a representative collection of string/brane-derived MSSMs that followed. These additional models were obtained from various construction methods, including weak coupled Z_6 heterotic orbifolds, strong coupled heterotic on elliptically fibered Calabi-Yau's, Type IIB orientifolds with magnetic charged branes, and Type IIA orientifolds with intersecting branes (duals of the Type IIB). Phenomenology of the models is compared. To appear in String Theory Research Progress, Ferenc N. Balogh, editor., (ISBN 978-1-60456-075-6), Nova Science Publishers, Inc.}

研究の動機と目的

• MSSMの正確な物質内容（3世代、1組のヒッグス粒子、MSSMで電荷を持つエキゾチック状態なし）を再現する弦理論の真空を特定および構築すること。
• MSSMが一貫性のある弦コンパクト化から低エネルギー有効場理論として出現し、ゲージ結合定数の統一や陽子安定性といった重要な物性的制約を満たすことを示すこと。
• 隠れたセクターのダイナミクスと異常キャンセレーションメカニズムが、現実的な質量階層とテスト可能な予測を持つ超対称性の破れを生成する役割を調査すること。
• 自由フェルミオンモデル、オルビフォールド、カバリ・ヤウコンパクト化、ブレーン配置といった、さまざまな弦構築法がMSSMに類似したモデルを生成する能力を比較すること。
• 特に宇宙定数の安定化とモジュライの安定化を踏まえて、MSSMが弦のランドスケープ内で実現に至った進捗を評価すること。

提案手法

• T⁶/(Z₂×Z₂) オルビフォールド上での弱い結合ホロティック弦モデルの構築。NAHEに基づくGSO射影により、E₈×E₈ゲージ対称性がMSSMゲージ群にまで低下される。
• グリーン＝シュバイザー＝ディーン＝セイバーグ＝ウィッテンメカニズムによるアーベル異常キャンセレーションの実装。これにより平坦な方向における真空期待値（VEV）が誘発され、ゲージ群がSU(3)C×SU(2)L×U(1)Yに破れることになる。
• ヒッグス質量行列の非対角項を用いたヒッグス成分の混合。これにより、世代の重ね合わせである物理的ヒッグス状態が得られ、低次の結合定数でも大きな質量階層が実現可能になる。
• 隠れたセクターの凝集を組み込むことで、非摂動的超対称性破れを生成。これによりゲージフェルミオンとスカラー質量の生成メカニズムが得られる。
• Z₆'ホロティックオルビフォールド、楕円的ファイバー化されたカバリ＝ヤウ多様体、磁気的ブレーンを伴うType IIBオルビフォールド、および交差ブレーンモデルを含む代替構築法の分析。これらは物性的特徴を比較するために用いられる。
• ブレーンベースのモデルにおける反ブレーン上昇によるモジュライ安定化と宇宙定数生成の評価。安定したde Sitter真空が得られるように、メタ安定なde Sitter真空を狙う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンパクト化された弦理論が、正確にMSSMゲージ群、3世代の物質、1組のヒッグスボソンを含み、MSSMで電荷を持つエキゾチック状態を含まない低エネルギー有効理論を生成できるか？
• RQ2 異常キャンセレーションメカニズムから生じる真空期待値が、MSSMに類似したモデルで観測された質量階層と正しい電弱対称性の破れをどのように生成するか？
• RQ3 弦コンパクト化において、テスト可能な質量スペクトルを持つ実現可能な非摂動的超対称性破れをもたらすメカニズムは何か？
• RQ4 自由フェルミオンモデル、オルビフォールド、カバリ＝ヤウコンパクト化、ブレーン配置といった、さまざまな弦構築法は、MSSMの物性的性質を再現する能力においてどのように比較されるか？
• RQ5 弦モデルは、特にブレーンベースの構築における反ブレーン上昇を用いて、観測されたスケールの宇宙定数を達成できるか？

主な発見

• 弱い結合ホロティック自由フェルミオン形式を用いたT⁶/(Z₂×Z₂) 上の最初の弦モデルで、正確なMSSMスペクトル（3世代、1組のヒッグスペア、エキゾチック状態なし）が構築された。これは弦理論の物性的研究における基盤的出来事とされる。
• 世代間の質量階層は、アーベル異常キャンセレーションによって誘発されるスカラー場の真空期待値から自然に生じ、低次の結合定数でも現実的なフェルミオン質量を実現可能である。
• 物理的ヒッグス粒子は複数のヒッグス成分の混合状態であり、相対的重みが桁違いに異なる。これにより、微調整を必要とせず、大きな質量階層が実現可能である。
• 超対称性の破れは隠れたセクターの凝集により実現され、非摂動的メカニズムを提供。これにより、ゲージフェルミオンとスカラー質量のテスト可能な予測が得られる。
• その後のZ₆'オルビフォールド、楕円的ファイバー化カバリ＝ヤウ多様体、およびType IIA/IIBブレーン配置を用いたモデルは、異常を持つU(1)対称性と平坦方向のVEVがゲージ対称性の破れとヒッグス質量生成に重要であることを確認した。
• ブレーンベースのモデルではMSSMに類似したスペクトルを持つ安定した反de Sitter真空が構築され、反ブレーンによる上昇により、観測されたスケールの宇宙定数を持つメタ安定なde Sitter真空が成功裏に生成された。