[論文レビュー] Stringy Origin of Discrete R-symmetries

Hans Peter Nilles|arXiv (Cornell University)|May 4, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、超対称粒子物理学における離散的R対称性が、余剰次元における幾何学的構造と場の局在性が、ストリング理論の compactification によって自然に生じることを提案する。主な貢献は、R対称性が、compactified 次元におけるローレンツ不変性に起因し、μ問題を自然に解決し、陽子崩壊を抑制し、階層的なスフィア対称性の破れ項を生じさせることで、自然な超対称性を可能にすることを示したことである。

ABSTRACT

Discrete symmetries play a crucial role in particle physics. They appear abundantly in string model constructions. We focus here on the case of discrete $R$-symmetries which are intrinsically connected to the Lorentz group in extra dimensions and the appearance of $N$-extended supersymmetry. In that sense, discrete $R$-symmetries can be understood as "fractionally" extended supersymmetry. These symmetries reveal insight about the location of fields in extra dimensions (in particular the Higgs boson). Applications can be found in the solution of the $μ$-problem, suppression of proton decay and the structure of the soft terms of broken supersymmetry.

研究の動機と目的

• MSSMのストリング理論的UV完備化における離散的R対称性の上からの起源を理解すること。
• コンpakto化多様体の幾何学とストリング選択則の相互作用からR対称性がどのように生じるかを説明すること。
• 余剰次元における場の局在性（例えば、ブレイン上や固定点上）がR対称性の構造にどのように寄与するかを調査すること。
• R対称性がμ問題を解消し、暗黒物質のためのLSPを安定化させることを示すこと。
• R対称性が、セクター依存のR対称性および超対称性の強化に起因して、階層的なスフィア対称性の破れ項が自然に生じることを示すこと。

提案手法

• 6つの余剰次元を持つコンパクト化ストリング理論（IIA型、IIB型、ヘテロティック）を分析し、幾何学的およびトポロジカル性質から離散的対称性を同定する。
• ストリング理論の選択則を適用して、演算子の選択則を導出し、離散的R対称性を導出する。
• ブレイン（例えば、3-brane、5-brane、7-brane）および固定点における場の局在性を検討し、R対称性が異なるセクターにどのように実現されるかを明らかにする。
• 余剰次元におけるローレンツ不変性とN-拡張超対称性の相互作用を用いて、R対称性をR荷の分数的拡張として導出する。
• モデル構築への適用を通じて、R対称性がμ項を保護し、危険な次元4の陽子崩壊演算子を禁止することを示す。
• ボトム、ねじれ、局在化したセクターにおけるスフィア対称性の破れ項を分析し、ミラージュ媒介と整合する階層的パターンが得られることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 離散的R対称性は、コンパクト化ストリング理論における幾何学的構造と場の局在性からどのように生じるか？
• RQ2 余剰次元におけるローレンツ不変性とR対称性の出現との間にはどのような関係があるか？
• RQ3 ストリング理論的枠組み内でのMSSMにおけるμ問題は、R対称性によってどのように解決されるか？
• RQ4 R対称性は、陽子崩壊を抑制し、暗黒物質のためのLSPを安定化させるどのような役割を果たすか？
• RQ5 R対称性は、自然な超対称性の文脈で、階層的なスフィア対称性の破れ項をどのように生じさせるか？

主な発見

• 離散的R対称性は、ストリング理論の選択則と、コンパクト化された余剰次元における幾何学的構造および場の局在性の組み合わせによって生じる。
• R対称性は、余剰次元におけるローレンツ群とN-拡張超対称性の存在と本質的に関連しており、R荷の分数的拡張であると考えられる。
• μ問題は、R対称性が樹形階層でμ項を禁止するため解決され、その小さな値は非摂動的効果によるスフィア対称性の破れによって生じる。
• 次元4の陽子崩壊はR対称性によって禁止され、LSPは暗黒物質候補として安定化される。
• 階層的なスフィア対称性の破れ項は自然に生じる：ボトム場（N=4）は樹形階層でスフィア対称性の破れ項がゼロであり、局在化した場（N=1）は大きな質量を持つため、ミラージュ媒介に類似したパターンが得られる。
• 拡張されたR対称性はUV保護を提供し、微調整を低減し、TeV領域に数個のスーパーパartnerしか必要としない自然な超対称性を可能にする。