[論文レビュー] Phenomenology of a Constrained Standard Model from an Extra Dimension

M. Chertok, Graham D. Kribs+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、S¹/(Z₂×Z′₂)軌道に compactified された余剰次元を有する5次元制約付き超対称モデルを提案する。このモデルでは、Kaluza-Klein 減衰によって標準模型（SM）場およびその鏡像超対称パートナーが生成される。モデルは自由パラメータ R を1つだけ予測し、これによりスケール 1/R ≈ 370 GeV が固定され、ヒッグス粒子質量は 127 ± 8 GeV となり、因子2増幅された生成断面積を持つ縮退した超パートナータワーを形成する。この特徴的なシグネチャは、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）および線形衝突型加速器での発見に寄与する。

ABSTRACT

We describe a highly predictive model for supersymmetry breaking in 5 dimensions. We develop its phenomenology and the capabilities for discovery and measurement at various colliders.

研究の動機と目的

• MSSMにおける多数の自由パラメータを避ける5次元における超対称性の破れの高精度なモデルの構築を目的とする。
• 標準模型（SM）とその鏡像系を5次元理論に埋め込み、軌道に compactified することにより、MSSMにおける階層問題とフレーバー問題を解決することを目的とする。
• トップヤコビ結合子からのループ補正によって電弱対称性の破れを動的に行うメカニズムを提供し、基本的な μ 項を不要にする。
• 1つのパラメータ R を用いて超パートナーマスおよびヒッグス粒子質量の正確な予測を可能にする。
• 特に因子2増幅されたスフェルミオン生成とディラック型中性ニオンを含む、一般の超対称性（SUSY）のシナリオとは明確に区別できる特徴的な加速器シグネチャを特定すること。

提案手法

• 5次元時空を S¹/(Z₂×Z′₂) 軌道に compactified させ、5次元 N=1 超対称性が4次元 N=1 状態に破れる2つの固定点を持つ線分を形成する。
• 5次元場に Z₂×Z′₂ 量子数を割り当て、ゼロモードおよびカーラッツ＝ケイリー（Kaluza-Klein：KK）モードの内容を決定し、SM 粒子がゼロモードとしてのみ出現することを保証する。
• カーラッツ＝ケイリー還元を実行し、質量を持つヒッグスノスおよび1つのヒッグスダブルレットを得るが、基本的な μ 項は存在しない。
• トップヤコビ結合子からのループ補正を用いてヒッグス有効ポテンシャルを計算し、最小化条件から 1/R ≈ 370 GeV を決定する。
• 全KK質量スペクトルを導出し、スフェルミオン、ヒッグスノス、ゲージノス、および鏡像状態がそれぞれ縮退したペアとして現れ、生成断面積が増幅されることを示す。
• テバトロン、LHC、および線形衝突型加速器における加速器物性を分析し、ストップ対生成、欠落エネルギーシグネチャ、スピン依存断面積に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軌道に compactified された5次元理論は、基本的な μ 項を導入せずとも、電弱スケールを自然に生成できるか？
• RQ2 SM 粒子およびその鏡像パートナーのカーラッツ＝ケイリー（KK）モードは、ヒッグス質量および超パートナースペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ3 SM および鏡像超パートナーパートナーの縮退が、特にスフェルミオン生成においてどのような特徴的な加速器シグネチャを生じるか？
• RQ4 線形衝突型加速器は、スフェルミオン断面積の2倍増幅を1%の精度で測定でき、中性ニオンのディラック性をスピン依存断面積により確認できるか？
• RQ5 トップヤコビ結合子の精密測定およびストップ状態のヘリシティ成分の測定により、このモデルはMSSMとどの程度区別可能か？

主な発見

• ヒッグス粒子質量は、トップヤコビ結合子からのループ補正によるヒッグス有効ポテンシャルの最小化から 127 ± 8 GeV と予測される。
• 余剰次元のスケールは 1/R ≈ 370 GeV に固定され、これによりすべての超パートナーマスおよびKKマスが決定される。
• すべてのSM粒子は縮退した鏡像パートナーを有し、加速器におけるスフェルミオン生成断面積が因子2増幅される。
• 軽いトップスキューブ（stop）は、LHCで多数生成され、断面積は約150 pb に達する。
• 2つのストップ質量固有状態間の質量差は 2mt と予測され、重要なテスト可能なシグネチャを提供する。
• 線形衝突型加速器は、2倍の生成断面積増幅を1%の精度で測定でき、ヘリシティ依存断面積を用いて中性ニオンのディラック性を確認できる。