[논문 리뷰] Cosmological Supersymmetry Breaking and the Power of the Pentagon: A Model of Low Energy Particle Physics

T. Banks|ArXiv.org|2005. 10. 12.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 10인용 수 19

한 줄 요약

이 논문은 강한 결합된 게이지 섹터와 단일장 S 및 T를 통해 우주론적 초대칭 브레이킹(CSB)을 실현하는 저에너지 유효 이론인 '펜타곤' 모델을 제안한다. 이 모델은 자연스러운 전기약력 대칭 브레이킹을 달성하고 tanβ ≈ 1을 예측하며, 강한 CP 문제를 해결할 수 있는 테바 스케일의 악시온 유사 입자를 생성한다. 다만 실험적 제약 조건을 고려할 경우, 배제를 피하기 위해 게이지 스케일을 약 3 TeV로 정밀 조정이 필요하다.

ABSTRACT

I present a low energy Lagrangian implementing the idea of Cosmological SUSY breaking (CSB). The model predicts ${ m tan}β\sim 1$, and incorporates a new mechanism for breaking of $SU(2) imes U(1)$. The Higgs mass is determined by new physics and can evade the bounds of the MSSM. The model resolves the CP and flavor problems of SUSY. The up quark mass is non-vanishing. An axion-like particle, with TeV scale decay constant, appears inevitably. Such a particle is experimentally ruled out if it has conventional QCD axion couplings. The problem {\it may} be avoided by adding dimension 5 operators, which explicitly break the axial symmetry, but this probably introduces a strong CP problem.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 초대칭 브레이킹(CSB)을 실현하는 타당한 저에너지 유효장이 teory를 구축하고, R-대칭 브레이킹에 의존하지 않도록 하는 것.
• 강한 결합된 게이지 섹터를 포함하는 새로운 메커니즘을 통해 초대칭 모델의 강한 CP 문제와 플레이버/CP 문제를 해결하는 것.
• 강한 CP 문제를 해결할 수 있는 테바 스케일의 악시온 유사 입자를 생성하면서도, 차원 5 연산자에 의한 명시적 대칭 브레이킹을 통해 실험적 배제를 피하는 것.
• 모델을 동역학적 초대칭 브레이킹(DSB) 또는 CSB로 해석할 수 있는 이중성에 대해 탐구하고, 그 현상학적 결과를 평가하는 것.
• 모델 내에서 우주론적 상수의 인과적 제약 조건을 조사하여, 그 관측된 값이 항성과 은하의 안정성과 연결되는지 밝혀내는 것.

제안 방법

• SM의 양자수를 갖는 물질 장을 가진 강한 결합된 게이지 이론 G를 도입하고, 이와 함께 단일장 편재 초대칭 장 G와 R-전하가 2인 두 개의 단일장 S 및 T를 연결한다.
• 우주론적 상수 λ를 포함한 비추상적 초위상항을 통해 CSB를 실현하며, G ~ M에서 최소값을 갖는 효과적 포텐셜을 생성함으로써 초대칭을 동역학적으로 브레이킹한다.
• G의 강한 동역학에 의해 생성된 역 카이러 메트릭스 K^{GḠ}를 통해 초대칭 브레이킹을 가시 영역으로 매개한다.
• 상수 항을 초위상에 조정하여 저에너지 우주론적 상수를 관측된 값 λ로 설정함으로써 디 de Sitter 진공의 준안정성을 확보한다.
• F-항과 D-항을 포함한 힉스 섹터를 분석하여, F-항 기여와 D-항 기여의 조합으로 힉스 질량이 안정화되며, D-항 최소화 조건에 의해 tanβ ≈ 1이 강제됨을 보인다.
• 축성 대칭에서 기인한 진위-나무보-골드스톤 보손(PNGB)의 기원을 고려하고, 이는 QCD 악시온으로 작용한다; 그 질량은 실험적 배제를 피하기 위해 차원 5 연산자에 의한 명시적 대칭 브레이킹으로 인해 높아진다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저에너지 유효장 이론이 R-대칭 브레이킹이나 기본 장의 R-전하 2를 갖는 초대칭 장에 의존하지 않고도 우주론적 초대칭 브레이킹(CSB)을 실현할 수 있는가?
• RQ2 기존의 QCD 악시온이나 질량이 0인 업 쿼크를 도입하지 않고도 강한 CP 문제를 해결할 수 있는가?
• RQ3 펜타곤 모델에서 PNGB의 역할은 무엇이며, 그 질량을 충분히 높여 실험적 제약 조건을 우회하면서도 강한 CP 문제의 타당한 해결책이 될 수 있는가?
• RQ4 게이지 스케일 M, 우주론적 상수 λ, 그리고 전기약력 스케일 v = 250 GeV 간의 상호작용이 모델의 현상학적 제약 조건에 어떻게 작용하는가?
• RQ5 항성과 은하의 안정성에 영향을 주는 우주론적 상수의 관측된 값이 인과적 추론을 통해 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 기본적으로 R-대칭을 유지하는 강한 결합된 게이지 섹터 G를 통해 우주론적 SUSY 브레이킹을 실현하며, 기본 장의 R-전하 2를 갖는 필수 요소가 필요 없음을 보여준다.
• D-항 최소화와 F-항 기여의 조합으로 힉스 섹터는 tanβ ≈ 1을 달성하며, Λ₅ = 3 TeV일 때 약 1%의 정밀 조정을 통해 전기약력 스케일 v = 250 GeV가 안정화된다.
• 축성 대칭에서 기인한 진위-나무보-골드스톤 보손(PNGB)이 테바 스케일의 악시온 유사 입자로 나타나며, 차원 5 연산자에 의한 쿠플링 수정이 가능하면 강한 CP 문제를 해결할 수 있다.
• 차원 5 연산자에 의한 명시적 대칭 브레이킹을 통해 악시온 질량을 약 1 TeV으로 높일 수 있으며, 이는 실험적 배제를 피하는 데 유리하지만, 이는 게이지 스케일을 약 3 TeV로 정밀 조정이 필요하다.
• 모델은 우주론적 상수 λ가 약 10⁻¹²⁰(플랑크 단위)로 정밀 조정되어야 하며, 항성과 은하의 안정성에 기인한 인과적 제약 조건이 관측된 값과 몇 개의 주요 수준 내에서 제한될 수 있다.
• 모델는 이중적 해석을 가진다: 메타안정한 초대칭 브레이킹 진공을 갖는 CSB 모델 또는 저에너지 스케일의 악시온을 갖는 DSB 모델로 볼 수 있으며, 핵심적인 차이는 악시온 질량의 기원에 있다.