[논문 리뷰] Decoupling heavy sparticles in hierarchical SUSY scenarios: Two-loop Renormalization Group equations

Carlos Tamarit|arXiv (Cornell University)|2012. 04. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 Split SUSY 및 Effective SUSY 시나리오에서 무거운 스퍼티클을 분리함으로써 유도되는 저에너지 효과 이론에 대해 두 루프 임계군 방정식(RGEs)을 유도한다. 단일 힉스 필드를 가진 경우에 초점을 맞추며, 물리적 질량 의존 분리 체계를 구현함으로써 $¯{\text{DR}}$ 체계에서 발생하는 페르미온 이론의 불안정성—특히 제3세대 스칼라 질량을 타키온 상태로 이끄는 큰 로그 보정—를 해결한다. 이로 인해 신뢰할 수 있고 양의 방향으로 달라지는 스퍼티클 질량을 확보하고, 경량 제3세대 스퍼티클이 존재할 수 있는 매개변수 공간을 넓힌다.

ABSTRACT

Two loop renormalization group equations for dimensionless as well as dimensionful parameters are obtained for the low energy theories that result from decoupling heavy scalar particles in Split SUSY and Effective SUSY scenarios, assuming that only a single Higgs field survives at low energy. For the Effective SUSY case two scenarios are considered: first, when the only light third generation scalars are the partners of the left-handed quark doublet and the right-handed top quark --which yields the minimal matter content compatible with naturalness-- and second, when all the scalars of the third generation are light. These beta functions implementing decoupling will be useful to avoid the problems of perturbation theory in the MSSM in a mass-independent scheme such as DR-bar when large hierarchies in the spectrum are present.

연구 동기 및 목표

• 스퍼티클 간 큰 질량 계층이 존재할 경우 MSSM에서 $¯{\text{DR}}$ 체계에서 페르미온 이론의 붕괴 문제를 해결하기 위해.
• MSSM의 두 루프 $¯{\text{DR}}$ RGEs에서 큰 로그 보정으로 인해 발생하는 타키온 상태가 되는 스칼라 질량 문제를 해결하기 위해.
• Split SUSY 및 두 가지 Effective SUSY 변종에서 중간 질량 스퍼티클을 분리한 후의 저에너지 효과 이론에 대해 $¯{\text{MS}}$ 체계에서 정확한 두 루프 RGEs를 유도하기 위해.
• 특히 자연성과 LHC 제약 조건의 맥락에서 경량 제3세대 스퍼티클이 존재하는 매개변수 공간을 신뢰할 수 있게 탐색할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• Split SUSY 및 두 가지 Effective SUSY 시나리오에서 중간 질량 스퍼티클을 통합한 후의 저에너지 이론에서 무차원 및 차원이 있는 상수의 두 루프 RGEs를 유도한다.
• $¯{\text{MS}}$ 체계를 사용하며, 복소 페르미온 필드와 비대칭 스핀 구조를 적절히 다루며, 이는 이전 연구에서 정의된 바와 같다.
• 차원 조정의 프레임워크를 적용하고, 무거운 입자 분리에 의해 발생하는 유한한 임계 보정을 다룬다.
• 게이지 상수, 요카다 상수, 4차 상수, 페르미온 질량, 스칼라 질량, 3차 상수, 힉스 비정상 차원의 베타 함수를 계산한다.
• 기존 문헌과의 일치를 검증하고 이전의 불일치를 수정하여 Split SUSY의 경우 독립된 계산과 완전히 일치함을 입증한다.
• 큰 유한 보정을 재정렬하는 단계적 실행 체계를 구현하여 물리적 분리 조건을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SUSY 스펙트럼에서 큰 질량 계층이 존재할 경우 $¯{\text{DR}}$ 체계에서 두 루프 RGEs의 신뢰성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 Split SUSY 및 Effective SUSY 시나리오에서 중간 질량 스퍼티클을 분리한 후에 유도되는 저에너지 효과 이론에 대한 두 루프 RGEs는 무엇인가?
• RQ3 무거운 입자에서 기인하는 유한한 임계 보정이 MSSM의 $¯{\text{DR}}$ 체계에서 스칼라 질량의 실행에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 물리적 질량 의존 분리 체계는 제3세대 스칼라 질량의 실행을 안정화시키고 비물리적 타키온 행동을 방지할 수 있는가?
• RQ5 분리된 RGE 실행과 비분리된 MSSM의 $¯{\text{DR}}$ 실행 간에 스칼라 질량의 진화 및 타당한 매개변수 공간 측면에서 어떤 차이가 있는가?

주요 결과

• Split SUSY 및 두 가지 Effective SUSY 시나리오(최소 및 제3세대 스칼라 성분을 포함한 전체 버전)에 대한 두 루프 RGEs가 유도되고 검증되었으며, 독립된 계산과 완전히 일치한다.
• 무거운 입자로 인한 유한한 임계 보정은 제3세대 스칼라 질량의 실행에서 약 ~1 TeV²에 이르는 크기를 가질 수 있으며, 이는 비분리된 $¯{\text{DR}}$ 체계에서 결과를 크게 왜곡한다.
• 비분리된 $¯{\text{DR}}$ 체계에서는 두 루프 RGEs가 제3세대 스칼라 질량을 타키온 상태(음수)로 이끌 수 있어, 페르미온 이론의 신뢰성을 해친다.
• 반면에 분리된 RGE 실행은 스칼라 질량을 양수이고 안정적으로 유지하며, 이전에는 타키온 불안정성으로 인해 기각되었던 경량 스퍼티클 영역의 탐색을 가능하게 한다.
• 분리 절차는 큰 유한 보정을 재정렬하여, 저에너지에서 MSSM의 $¯{\text{DR}}$ 실행과 물리적 저에너지 이론 간의 불일치를 최대 약 ~1 TeV²까지 감소시킨다.
• 이 결과로 인해 특히 현재 LHC 데이터로 잘 제약되지 않은 경량 제3세대 스퍼티클이 존재하는 매개변수 공간을 더 넓고도 신뢰할 수 있게 탐색할 수 있게 되었다.