[논문 리뷰] A Solution to the Supersymmetric Fine-Tuning Problem within theMSSM

Ryuichiro Kitano, Yasunori Nomura|arXiv (Cornell University)|2005. 09. 05.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 58

한 줄 요약

이 논문은 MSSM에서 초대칭 미세조정 문제를 해결하기 위해 모듈러스 및 비위상성 중재 초대칭 깨짐 기여를 조합함으로써, 자연스럽게 가벼운 히iggs노 다우트 물질 후보와 거의 유니버설한 게이지노 및 스퍼펌리온 질량 스펙트럼(탑 스퀘어크만 제외)을 제공한다. 이는 120 GeV 이하의 가벼운 히iggs 보손과 300 GeV 이하의 탑 스퀘어크를 예측하며, 모두 20% 이내의 미세조정 범위 내에 들어간다.

ABSTRACT

Weak scale supersymmetry has a generic problem of fine-tuning in reproducing the correct scale for electroweak symmetry breaking. The problem is particularly severe in the minimal supersymmetric extension of the standard model (MSSM). We present a solution to this problem that does not require an extension of the MSSM at the weak scale. Superparticle masses are generated by a comparable mixture of moduli and anomaly mediated contributions, and the messenger scale of supersymmetry breaking is effectively lowered to the TeV region. Crucial elements for the solution are a large A term for the top squarks and a small B term for the Higgs doublets. Requiring no fine-tuning worse than 20%, we obtain rather sharp predictions on the spectrum. The gaugino masses are almost universal at the weak scale with the mass between 450 and 900 GeV. The squark and slepton masses are also nearly universal at the weak scale with the mass a factor of √ 2 smaller than that of the gauginos. The only exception is the top squarks whose masses split from the other squark masses by about mt/ √ 2. The lightest Higgs boson mass is smaller than 120 GeV, while the ratio of the vacuum expectation values for the two Higgs doublets, tan β, is larger than about 5. The lightest superparticle is the neutral Higgsino of the mass below 190 GeV, which can be dark matter of the universe. The mass of the lighter top squark can be smaller than 300 GeV, which may be relevant for Run II at the Tevatron.

연구 동기 및 목표

• 약한 스케일 초대칭에서 MSSM 프레임워크 내에서 심각한 미세조정 문제를 해결하기 위해.
• 약한 스케일에서 새로운 물리학을 도입하지 않고도 전자약력 스케일을 자연스럽게 생성할 수 있는 메커니즘을 규명하기 위해.
• 최소한의 미세조정(≤20%)을 유지하면서 어두운 물질 및 LHC/테바트론 신호와 같은 핵심 현상학적 특성을 유지하는 스펙트럼을 달성하기 위해.
• 이 메커니즘이 히iggs 보손 질량, tanβ, 그리고 초입자 질량에 미치는 영향을 규명하기 위해.

제안 방법

• 초입자 질량을 생성하기 위해 모듈러스 중재 및 비위상성 중재 초대칭 깨짐 기여를 조합한다.
• 모듈러스 및 비위상성 항의 상호작용을 통해 메신저 스케일이 효과적으로 테바르 영역으로 낮아진다고 가정한다.
• 전자약력 진공을 안정화하기 위해 탑 스퀘어크에 대해 큰 A-항과 히iggs 이중체에 대해 작은 B-항을 도입한다.
• 큰 탑 요크형 상수를 가진 레이디에이티브 전자약력 대칭 깨짐을 통해 자연스럽게 정확한 히iggs 질량을 달성한다.
• 고스케일 경계 조건에서 약한 스케일 스펙트럼을 결정하기 위해 양자역학적 군 수렴 기법을 적용한다.
• 파rameter 공간을 제약하고 예측 가능한 스펙트럼 패턴을 유도하기 위해 20% 이내의 미세조정 기준을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약한 스케일에서 새로운 물리학을 도입하지 않고서도 MSSM이 자연스럽게 전자약력 대칭 깨짐을 달성할 수 있는가?
• RQ2 모듈러스 및 비위상성 중재 기여의 어떤 조합이 MSSM에서 타당하고 미세조정된 스펙트럼을 이끌어내는가?
• RQ3 탑 스퀘어크에 대해 큰 A-항과 히iggs 이중체에 대해 작은 B-항이 히iggs 질량과 진공 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 최소한의 미세조정 조건 하에서 예측되는 가장 가벼운 히iggs 보손, 히iggs노, 탑 스퀘어크의 질량은 각각 얼마인가?
• RQ5 이 프레임워크 내에서 가장 가벼운 초대칭 입자는 타당한 어두운 물질 후보가 될 수 있는가?

주요 결과

• 약한 스케일에서의 게이지노 질량은 거의 유니버설하며 질량 범위는 450–900 GeV이다.
• 스쿼크 및 스леп톤 질량은 게이지노 질량의 약 1/√2 배로 거의 디제너레이트되어 있다.
• 탑 스퀘어크는 다른 스퀘어크로부터 약 mt/√2 정도 분리되어 더 가벼운 탑 스퀘어크 상태를 형성한다.
• 가장 가벼운 히iggs 보손 질량은 120 GeV 이하로 예측된다.
• 진공 기대값의 비율 tanβ는 약 5 이상이다.
• 가장 가벼운 초입자는 중성자 히iggs노로, 질량이 190 GeV 이하여 타당한 어두운 물질 후보가 된다.