[論文レビュー] Supersymmetry and Supergravity: Phenomenology and Grand Unification

R. Arnowitt, Pran Nath|ArXiv.org|Sep 16, 1993

Earth Systems and Cosmic Evolution被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、大統一理論の枠組みの中で超対称性と超重力の包括的概説を提供し、最小超対称標準模型（MSSM）、放射的電弱対称性の破れ、陽子崩壊、宇宙論的制約に焦点を当てている。超重力大統一モデルの主要な予測、例えばゲージ結合定数の統一と超対称性の破れメカニズムを提示しており、導出が限定的であるものの、分野の実用的知識を提供している。

ABSTRACT

A survey is given of supersymmetry and supergravity and their phenomenology. Some of the topics discussed are the basic ideas of global supersymmetry, the minimal supersymmetric Standard Model (MSSM) and its phenomenology, the basic ideas of local supersymmetry (supergravity), grand unification, supersymmetry breaking in supergravity grand unified models, radiative breaking of $SU(2) imes U(1)$, proton decay, cosmological constraints, and predictions of supergravity grand unified models. While the number of detailed derivations are necessarily limited, a sufficient number of results are given so that a reader can get a working knowledge of this field.

研究の動機と目的

• 高エネルギー素粒子物理学の研究者を対象に、超対称性と超重力を教育的入門として提供すること。
• 最小超対称標準模型（MSSM）の物性的意味および大統一理論（GUT）への埋め込みを検討すること。
• 超重力に基づく大統一モデルにおける超対称性の破れメカニズムを検討すること。
• 超重力GUTのシナリオにおける宇宙論的制約と陽子崩壊予測を分析すること。
• MSSMにおけるSU(2)×U(1)の放射的破れとゲージ結合定数の統一といった主要な結果を提示すること。

提案手法

• 本稿は、広範な形式的導出を避けて物理的洞察に焦点を当てた現象論的アプローチを採用している。
• 超対称性現象論の研究のためのフレームワークとして、最小超対称標準模型（MSSM）を用いている。
• GUTの文脈における動的超対称性の破れを記述するために、局所的超対称性（超重力）を組み込んでいる。
• 電弱対称性の放射的破れは、MSSMにおける1ループ有効ポテンシャル計算を通じて分析されている。
• 陽子崩壊率は、超対称性によって拡張されたSU(5)およびSO(10)の大統一モデルの文脈で推定されている。
• 宇宙論的制約は、最も軽い超対称粒子（LSP）の残存密度を通じて評価されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小超対称標準模型（MSSM）は、どのように1ループ補正によるヒッグスポテンシャルを通じて電弱対称性の破れを実現するか？
• RQ2 超重力は、大統一理論における超対称性の破れにどのように寄与するか？
• RQ3 超対称大統一理論における陽子崩壊率は、実験的限界とどのように比較されるか？
• RQ4 最も軽い超対称粒子（LSP）の安定性と残存密度から生じる宇宙論的制約は何か？
• RQ5 超対称大統一モデルにおいて、ゲージ結合定数はどの程度統一されるか？

主な発見

• MSSMでは、ヒッグスポテンシャルの1ループ補正を通じて電弱対称性の放射的破れが可能であり、現実的な電弱スケールの質量が得られる。
• 超重力GUTモデルにおける超対称性の破れは、スーパーヒッグス機構を通じて媒介され、ゲージボソンとしてのグラビトニオンがゴールスティーノ粒子のパートナーとして果たす。
• 超対称性を含むSU(5)大統一理論における陽子崩壊は、大統一スケールと超対称性の破れスケールに依存して、10^30～10^34年程度の寿命を持つと予測されている。
• 宇宙論的制約は、最も軽い超対称粒子（LSP）が弱い力で相互作用する巨大粒子（WIMP）としての性質を支持しており、冷たい暗黒物質と整合的である。
• MSSMでは、約10^16 GeVのスケールでゲージ結合定数の統一が達成され、大統一の考えを支持している。
• モデルは、1990年代初頭の加速器実験で観測可能なTeVスケールの超パートナースペクトルを予測している。