[논문 리뷰] A New Gauge Mediation Theory

I. Antoniadis, Karim Benakli외 2명|arXiv (Cornell University)|2006. 10. 20.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 14인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 게이지 및 힉스 부문에서 $N=2$ 초대칭을 갖는 새로운 게이지 매개 초대칭 붕괴 모델을 제안한다. 이 모델은 은폐된 $U(1)$의 $D$-항을 통해 초대칭을 붕괴시키며, 디랙 게이지노 질량을 유도한다. 이는 저 $ an\beta$ 영역에서의 미세조정을 감소시키며, 표준모형과 유사한 가벼운 힉스를 예측하고, 브라인 구조를 통한 끈 이론에서 자연스러운 UV 완성도 가능하다.

ABSTRACT

We propose a class of models with gauge mediation of supersymmetry breaking, inspired by simple brane constructions, where R-symmetry is very weakly broken. The gauge sector has an extended N=2 supersymmetry and the two electroweak Higgses form an N=2 hypermultiplet, while quarks and leptons remain in N=1 chiral multiplets. Supersymmetry is broken via the D-term expectation value of a secluded U(1) and it is transmitted to the Standard Model via gauge interactions of messengers in N=2 hypermultiplets: gauginos thus receive Dirac masses. The model has several distinct experimental signatures with respect to ordinary models of gauge or gravity mediation realizations of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). First, it predicts extra states as a third chargino that can be observed at collider experiments. Second, the absence of a D-flat direction in the Higgs sector implies a lightest Higgs behaving exactly as the Standard Model one and thus a reduction of the `little' fine-tuning in the low tan(beta) region. This breaking of supersymmetry can be easily implemented in string theory models

연구 동기 및 목표

• 최소한의 풍미 위반이 없는 게이지 매개 초대칭 붕괴 모델을 구축하고, 끈 이론에서 자연스러운 UV 완성을 확보한다.
• 부드러운 항목이 풍미에 민감하지 않게 하여 큰 FCNC 기여를 피하는 방식으로 초대칭적 풍미 문제를 해결한다.
• $R$-대칭이 약하게 붕괴되는 시나리오를 실현하여 핵심 현상학적 이점을 유지한다.
• $N=2$ 벡터 다중체에서의 $D$-항 붕괴를 통해 디랙 게이지노 질량을 생성하는 메커니즘을 제공한다.
• 특히 스칼라 포텐셜에서 국소 최소값에서 글로벌 최소값으로의 터널링 비율을 포함한 진공의 우주론적 안정성 분석

제안 방법

• 교차하는 브라인을 포함한 $T^6$에서의 타입 II 끈(compactification)에서의 브라인 구조를 활용하여, 표준모형의 게이지 및 힉스 부문이 동일한 스택에 끝나는 끈으로 기인하며, $N=2$ 초대칭을 유지한다.
• 은폐된 $U(1)$ 게이지 부문을 도입하여, 은폐된 부문의 $D$-항 기대값이 초대칭을 붕괴시키며, $R$-대칭을 유지한다.
• 은폐된 $U(1)$ 및 표준모형 게이지 군과 결합하는 메신저 장을 $N=2$ 하이퍼다중체로 사용하여, 게이지 상호작용을 통해 초대칭 붕괴를 전달한다.
• 효과적 초위상항을 유도한다: $(1/M)ar{X} \text{Tr} W^\beta W_\beta$ 와 $(1/M^2)ar{X}X \tilde{Q}^\beta \tilde{Q}_\beta$ 는 각각 게이지노 질량과 스페르미온 질량을 생성한다.
• 유클리드 공간에서 순간자 이론을 사용하여 진공 안정성을 분석하며, $ one{Re}(ar{\theta}^2 \theta^2)$ 방향으로 포텐셜을 일차원 문제로 근사한다. $O(4)$ 대칭순간자 해를 사용한다.
• 유클리드 작용 $S_4 \to \text{const} \times (M^4 / D^2)$ 를 통해 터널링 비율을 평가하며, $M$은 메신저 질량, $D$는 $D$-항이다. 유한온도 보정은 $O(3)$ 대칭해를 사용하여 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은폐된 $U(1)$ 부문에서 $D$-항을 통해 초대칭을 붕괴시키면서도 $R$-대칭을 유지할 수 있는가?
• RQ2 Higgs 및 게이지 부문에서 $N=2$ 초대칭과 디랙 게이지노 질량을 갖는 모델의 현상학적 서명은 무엇인가?
• RQ3 모델의 진공 안정성은 매개변수 $M$과 $D$에 따라 어떻게 달라지며, 특히 가짜 진공 붕괴의 맥락에서 어떻게 영향을 받는가?
• RQ4 이 모델은 교차 브라인 구조를 통해 끈 이론에 자연스럽게 통합될 수 있는가?
• RQ5 이 메커니즘은 저 $ an\beta$ 영역에서 힉스 부문의 미세조정에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 디랙 게이지노 질량 덕분에 제3의 카린료 상태가 존재하며, 이는 기존의 GMSB 모델에 없던 특징적인 입자물리 실험 서명이다.
• 히iggs 부문에서 $D$-平坦한 방향이 없기 때문에, 가장 가벼운 힉스는 표준모형 힉스와 동일하게 행동하며, 저 $ an\beta$ 영역에서의 미세조정을 감소시킨다.
• 진공은 준안정하며, 터널링 비율은 유클리드 작용 $S_4 \to \text{const} \times (M^4 / D^2)$ 로 억제되며, 이때 상수는 $\text{const} \times (M^2 / D)^2$ 이고, $\text{const} \to \text{order } 10^3$ 이다.
• 유한온도 보정은 열적 작용 $S_3(T)/T \to \text{const} \times (M^2 / D)^2$ 를 유도하며, 영온도 결과와 같은 주요 크기를 가지며, 붕괴의 강력한 억제를 나타낸다.
• 이 모델은 $N=2$ 하이퍼다중체를 갖는 메신저 및 힉스, $N=1$을 갖는 쿼르크 및 렙톤을 포함한 6토러스에서의 교차 브라인 구조를 통해 끈 이론에서 자연스러운 UV 완성을 허용한다.
• $R$-대칭은 약하게 붕괴되며, 골드스티노는 은폐된 $U(1)$의 게이지노에서 유래하고, 촉각 초다중체 $X$의 $F$-항이 초대칭 붕괴의 원인이다.