[論文レビュー] Low-scale SUSY breaking by modular fields and Higgs mass bounds

S. Mukhopadhyay, Biswarup Mukhopadhyaya+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、余剰な時空的スカラー次元に埋め込まれたモジュラー場を介した低スケール超対称性（SUSY）の破れメカニズムを提案する。これらの場の真空期待値（vev）が、約10 TeVのカットオフスケールを設定する。この枠組みにより、ハードおよびソフトSUSY破れ項からの木レベルおよびループレベルの寄与が可能となり、光る中性Higgs粒子の質量が顕著に上昇する。結果として、Higgs質量の上限が大幅に上方に再評価され、カットオフが1 TeVの場合には最大380 GeV、10 TeVの場合には150–170 GeVに達する。これはLEPの制限と矛盾を緩和する。

ABSTRACT

We consider a scenario where supersymmetry (SUSY) is broken at a relatively low scale by modular fields of extra compact spacelike dimensions. The effect of both soft and hard SUSY breaking terms on the mass of the lightest neutral Higgs boson are investigated. An important conclusion is that the lightest neutral Higgs can be considerably more massive than what is expected in the MSSM, if the overseeing theory breaks SUSY at a scale not too far above a TeV. An explicit model that implements this has been shown for illustration.

研究の動機と目的

• 高スケールでのSUSY破れに伴う階層問題を回避する低スケールSUSY破れメカニズムを提案することで、MSSMにおける自然性問題を解決すること。
• 通常は約130 GeVに上限が設定されるMSSMの予測とは対照的に、LEPのHiggs質量制限（140 GeV未満）と矛盾する問題を解消すること。
• 10 TeVスケールで抑制される高次元オペレーターと、ハードSUSY破れ項が、MSSMの期待を超えてHiggs質量を向上させる仕組みを解明すること。
• モジュラー場を含む、ストリング理論にインspiredされた高次元超対称重力理論における、このメカニズムの具体的な実現を示すこと。

提案手法

• コンパクト化された余剰時空的次元から生じるモジュラー場のスカラー成分が、高次元オペレーターの有効カットオフスケールを決定する真空期待値（vev）をとる。
• ソフトSUSY破れ項は、モジュラー場のvev ⟨T⟩によって抑制される高次元オペレーターから生成され、これは動的カットオフスケールとして機能する。
• ハードSUSY破れ項はラグランジアンに保持され、木レベルおよびループレベルでHiggs質量に寄与する。低カットオフスケールのため、その寄与は強化される。
• スカラー位相は、F項vev（FT）とモジュラー場vev（⟨T⟩）の両方を含むように明示的に構築され、両者が数TeVの範囲にあるため、TeVスケールのソフト質量が保証される。
• 放射修正は、約10 TeVのカットオフスケールを用いて計算され、顕著なループ寄与が得られる。
• 素粒子物理学的許容範囲内のMSSMパラメータ空間において数値的推定が行われ、Higgs質量の上昇を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 余剰次元におけるモジュラー場を介した低スケールSUSY破れメカニズムが、標準MSSM予測を大幅に上回る光る中性Higgs粒子の質量をもたらす可能性があるか？
• RQ2 10 TeVスケールのカットオフを持つ理論において、ハードSUSY破れ項が木レベルおよびループ補正でHiggs質量にどのように寄与するか？
• RQ3 約10 TeVのモジュラー場vevがHiggs質量の上限に与える定量的影響は何か。特にMSSMの限界と比較してどうか？
• RQ4 この枠組みは、LEPで130 GeV未満のHiggs粒子が観測されなかったことと、LHCで見られるSUSYの兆候（例：欠落運動量）を両立できるか？
• RQ5 低カットオフ有効理論におけるソフトおよびハードSUSY破れ項の相乗作用が、Higgs質量スペクトルにどのように影響するか？

主な発見

• カットオフスケールが約1 TeVの場合、光る中性Higgs粒子の補正された上限質量は最大で約380 GeVに達し、標準MSSMの上限を著しく上回る。
• より控えめなカットオフスケール10 TeVの場合でも、Higgs質量は150–170 GeVにまで上昇し、LEP-Higgsの矛盾を妥当に解消できる。
• ハードSUSY破れ項の木レベル寄与は、カットオフスケールが低い場合に特に重要であり、Higgs質量の上昇に寄与する。
• カットオフスケールが約10 TeVであるため、Higgs質量のループ補正が強化され、顕著な放射修正が得られる。
• このモデルは、LEPで130 GeV未満のHiggs粒子が観測されなかったことに対しても、LHCで見られるSUSYの兆候（例：欠落運動量）が存在する場合でも、説明可能である。
• このシナリオは、U(1)ゲージ拡張やシングレットモデルなどの他のMSSM拡張とは異なり、ハード項と低カットオフスケールの両方の効果により、より高いHiggs質量固有値を予測する点で特徴づけられる。