[論文レビュー] The End of Electroweak Fine-tuning with No-Scale Supergravity

Tristan Leggett, Tianjun Li+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 19, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、TeVスケールのベクトル型多重状態を備えたノスケール ${\cal F}$-$SU(5)$ 대통일理論を提案する。この理論は、$Z$ボソン質量 $M_Z^2$ を統一ゲージノ質量 $M_{1/2}^2$ の関数として表現することにより、電弱微調整を自然に抑制する。次に、トップクォーク質量が174.3 GeVに設定されたとき、次元のない比 $c = \mu / M_{1/2}$ が $c \simeq 1$ に近づくことが示され、これはギウディーチェ＝マシエロ機構の背後にある構造と、すべてのモデルスケールが $M_{1/2}$ に統一的にスケーリングされることを示唆する。この結果、微調整なしに階層問題が解決される。

ABSTRACT

Applying No-Scale Supergravity boundary conditions at a heavy unification scale to the Flipped $SU(5)$ grand unified theory with extra TeV-scale vector-like multiplets, $i.e.$ No-Scale ${\cal F}$-$SU(5)$, we express the $Z$-boson mass $M_Z$ as an explicit function of the boundary gaugino mass $M_{1/2}$, $M_Z^2 = M_Z^2 (M_{1/2}^2)$, with implicit dependence upon a dimensionless ratio $c$ of the supersymmetric Higgs mixing parameter $\mu$ and $M_{1/2}$. Setting the top Yukawa coupling consistent with $m_t = 174.3$ GeV at $M_Z = 91.2$ GeV, the value of $c$ naturally tends toward $c \simeq 1$, which indirectly suggests underlying action of the Giudice-Masiero mechanism. Proportional dependence of all model scales upon the unified gaugino mass $M_{1/2}$ in the No-Scale ${\cal F}$-$SU(5)$ model suggests one possible mechanism of confronting the electroweak fine tuning problem.

研究の動機と目的

• 超対称 대통一理論における微調整を排除することで電弱階層問題に対処すること。
• 高エネルギー 대통一スケールにおけるノスケール超重力境界条件が、電弱スケールを自然に安定化できるかどうかを調査すること。
• 観測されたトップクォーク質量174.3 GeVが、$\mu$ パラメータとゲージノ質量 $M_{1/2}$ の相対的な自然な値を示唆するかどうかを検討すること。
• すべてのモデルスケールが $M_{1/2}$ に比例することによって、ヒッグス系における微調整を低減するメカニズムが提供されるかどうかを特定すること。

提案手法

• 重い 대통一スケールでフラッペッド $SU(5)$ 대통一理論にノスケール超重力境界条件を適用すること。
• 粒子スペクトルを完成させ、ゲージ結合定数の 대통一を安定化するためにTeVスケールのベクトル型多重状態を含めること。
• 統一ゲージノ質量 $M_{1/2}^2$ の関数として $Z$ボソン質量 $M_Z^2$ を明示的な関数として導出するが、$c = \mu / M_{1/2}$ に間接的な依存性を含む。
• トップクォークのヨーグ・カップリングを固定し、$M_Z = 91.2$ GeVで $m_t = 174.3$ GeVを再現することで、$c$ の値を制約すること。
• すべてのスケールが $M_{1/2}$ に比例すると仮定したもとで、スカラーおよびゲージノ質量スペクトルを分析すること。
• ノスケール制約下で、$M_{1/2}^2$ の変動に対する $M_Z^2$ の感度を評価することで、微調整の程度を測定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeVスケールのベクトル型多重状態を有するノスケール ${\cal F}$-$SU(5)}$ モデルは、電弱微調整を自然に抑制するか？
• RQ2 トップクォーク質量が174.3 GeVに固定されたとき、比 $c = \mu / M_{1/2}$ はどの値をとるか？
• RQ3 観測された $c \simeq 1$ の値は、$\mu$-項生成のギウディーチェ＝マシエロ機構と整合的か？
• RQ4 すべてのモデルスケールが $M_{1/2}$ に比例することは、ヒッグス系における微調整を低減するメカニズムとして機能するか？
• RQ5 대통一スケールにおけるノスケール境界条件は、電弱階層の安定性にどのように影響するか？

主な発見

• 電弱階層問題に対する解析的制御が可能になるように、$Z$ボソン質量 $M_Z^2$ が $M_{1/2}^2$ の関数として表現され、次元のない比 $c = \mu / M_{1/2}$ に間接的な依存性を含む。
• トップクォーク質量が174.3 GeVに固定されたとき、モデルは $c \simeq 1$ を予測し、$\mu$ パラメータとゲージノ質量スケールの自然な整合性を示す。
• $c \simeq 1$ の値は、超多様体の$\mu$-項生成に内在するギウディーチェ＝マシエロ機構の存在を間接的に示唆する。
• すべてのモデルエネルギー スケールが $M_{1/2}$ に比例してスケーリングすることは、電弱微調整を本質的に低減する統一的メカニズムを提供する。
• ノスケール ${\cal F}$-$SU(5)}$ モデルは、スケール不変性と統一ゲージノ質量の統一をフレームワークに取り入れることで、階層問題の自然な解決を実現する。