[論文レビュー] Supersplit Supersymmetry

P. J. Fox, David E. Kaplan+6 more|ArXiv.org|Mar 31, 2005

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、スカラー、ゲージノ、ヒッグスノがすべてTeVスケールより上ですべて分離される最小の超対称性モデル、Supersplit超対称性を提案する。このモデルでは、電弱対称性の破れを担うのは標準模型の場と1つの軽いヒッグスに類似たスカラーのみであり、電弱精度は保たれ、フラバーおよびCP問題を回避し、大統一理論や追加次元を必要とせず、プランクスケールで近似的なゲージ結合定数の統一を達成する。これは、弦のランドスケープの文脈において、単純で自然な枠組みを提供する。

ABSTRACT

The possible existence of an exponentially large number of vacua in string theory behooves one to consider possibilities beyond our traditional notions of naturalness. Such an approach to electroweak physics was recently used in "Split Supersymmetry", a model which shares some successes and cures some ills of traditional weak-scale supersymmetry by raising the masses of scalar superpartners significantly above a TeV. Here we suggest an extension - we raise, in addition to the scalars, the gaugino and higgsino masses to much higher scales. In addition to maintaining many of the successes of Split Supersymmetry - electroweak precision, flavor-changing neutral currents and CP violation, dimension-4 and 5 proton decay - the model also allows for natural Planck-scale supersymmetry breaking, solves the gluino-decay problem, and resolves the coincidence problem with respect to gaugino and Higgs masses. The lack of unification of couplings suggests a natural solution to possible problems from dimension-6 proton decay. While this model has no weak-scale dark matter candidate, a Peccei-Quinn axion or small black holes can be consistently incorporated in this framework.

研究の動機と目的

• スカラー超対称パートナーよりも、ゲージノおよびヒッグスノも分離される最小の超対称性モデルを提示すること。
• 従来の超対称性およびスプリット超対称性の限界、特にゲージ統一に起因する陽子崩壊およびグルーギノ崩壊問題を解決すること。
• 弱スケールの超対称パートナーを一切持たない理論が、電弱精度、フラバー、CP制約と整合的であるかどうかを検討すること。
• 従来のGUTスケールを必要とせず、プランクスケールで自然にゲージ結合定数の統一が達成可能かどうかを調査すること。
• このモデルが、微調整が問題とされにくい多重宇宙の文脈である弦のランドスケープにおいて、物理的に妥当であるかどうかを評価すること。

提案手法

• 標準模型のゲージ場、フェルミオン、および電弱対称性の破れを担う1つの軽いスカラー場からなる低エネルギー有効理論を構築する。
• すべてのスカラー超対称パートナー、ゲージノ、および両方のヒッグスノを高エネルギースケールで統合し、フラバー変換中性荷電現在、電気双極子モーメント（EDM）、および陽子崩壊への寄与を排除する。
• 従来のGUTスケール（10^15–10^16 GeV）でのゲージ結合定数の統一が達成されないことは欠陥ではなく、陽子崩壊および関連する理論的問題を回避するための特徴として受け入れる。
• プランクスケールでの統一を実現するため、形式 $ \frac{1}{g^2} \frac{\text{Tr}(F_{\nu\tau}F^{\nu\tau}\tilde{\rho})}{M_{\text{Planck}}} $ の高次元オペレーターに依存し、理論的不確実性は最大50％まで許容される。
• 電弱精度観測量との整合性を確認し、ヒッグスボソン質量は280 GeV未満に制約される。
• 弱スケールのダークマター候補が存在しないことを補うために、ペチェイ＝クインのアキソンや小さなブラックホールといった代替のダークマター候補を統合できるかを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべてのスカラー、ゲージノ、ヒッグスノ超対称パートナーがTeVスケールより上に分離される超対称性モデルを構築可能か？ その場合、電弱対称性の破れは維持可能か？
• RQ2 従来のGUTスケールでのゲージ結合定数の統一が達成されない場合、陽子崩壊断面積は許容範囲内に収まるか？ あるいは、高次元オペレーターの抑制によって是正可能か？
• RQ3 従来のGUTスケールを必要とせず、高次元オペレーターを介してプランクスケールでゲージ結合定数の統一が達成可能か？
• RQ4 グルーギノ崩壊問題およびゲージノとヒッグスノ質量の一致問題は、このモデルでどのように解決されるか？
• RQ5 弱スケールの超対称パートナーを一切持たない理論において、物理的に妥当なダークマター候補は何か？ そして、それらはどのように一貫して統合可能か？

主な発見

• すべてのスカラーおよびフェルミオン超対称パートナー（軽いヒッグスに類似たスカラーを除く）が分離されているため、フラバー変換中性荷電現在および電気双極子モーメント（EDM）が回避される。
• ゲージ統一が従来のGUTスケールで行われないため、次元5のオペレーターによる陽子崩壊が抑制される。
• 高次元オペレーターを介して、理論的不確実性が最大50％まで許容される範囲で、プランクスケールでゲージ結合定数の近似的な統一が実現可能である。
• 電弱精度観測量との整合性から、ヒッグスボソン質量は280 GeV未満に制約され、現在の加速器実験の制約と整合的である。
• 弱スケールのダークマター候補が存在しないことは、ペチェイ＝クインのアキソンや小さなブラックホールといった代替のダークマター候補が自然に統合可能であることで補われている。
• このモデルは、弦理論の真空のランドスケープが微調整された理論を物理的に妥当であると許容するという考えと整合的であり、従来の自然性の概念に挑戦する。