[논문 리뷰] Ineffective Supersymmetry: Electroweak Symmetry Breaking from Extra Dimensions

Neal Weiner|ArXiv.org|2001. 06. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 25인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 큰 추가 차원과 5차원 초대칭을 가진 모델에서 전약 대칭 깨짐(EWSB)을 위한 메커니즘을 제안한다. 여기서 힉스 질량은 초대칭 위반과 양자수렴 상호작용의 분리로 인해 고에너지 근처에서 민감도가 없어져 유한하게 유지된다. 핵심 결과는 계산 가능한 유한한 힉스 소프트 질량을 제공하여 미세조정을 감소시키며, 고차원 연산자의 억제로 인해 정밀 전약 측정에서 가벼운 것처럼 보이는 무거운 힉스를 가능하게 한다.

ABSTRACT

Recently, a mechanism for electroweak symmetry breaking (EWSB) was discussed, in which the scale of EWSB is set by the scale of an additional dimension R ~ Tev^-1. The mechanism involves supersymmetry, but broken in such a fashion that high (four-dimensional) momentum loops are cut off by the finite size of the radius. In a Kaluza-Klein decomposition, a hard cutoff seems to give a strong cutoff dependence, while summing the entire tower is not only cutoff insensitive, but actually finite. Such behavior is easily understood in a formulation that respects five-dimensional locality. Finally, we note that certain models of this type naturally give operators which can ``fake'' the presence of a light Higgs in precision electroweak observables.

연구 동기 및 목표

• 큰 추가 차원을 가진 이론에서 계층 문제를 해결하기 위해 전약 대칭 깨짐을 위한 메커니즘을 제공한다.
• 기존에 약한 규모를 설명할 수 없는 큰 추가 차원 모델에서 자연스러운 EWSB 메커니즘의 부재를 해결한다.
• 국소화된 또는 슈발츠-쉐르크(Scherk-Schwarz) 초대칭 위반을 가진 5차원 초대칭이 끝내기 힉스 소프트 질량을 유한하게 만들어 미세조정을 감소시킴을 보여준다.
• 초합성 입자 질량과 힉스 보손 성질을 포함한 현상학적 결과를 탐색한다.

제안 방법

• 크기 R⁻¹ ~ 테바르의 다섯 번째 차원을 도입하고, 게이지 및 물질 장이 모두 이를 통해 전파됨을 가정한다.
• 양자수렴 상호작용을 '양자수렴 브레인'에 국소화하고, 초대칭 위반을 별도의 '초대칭 위반 브레인'에 또는 슈발츠-쉐르크 메커니즘을 통해 국소화한다.
• 카우라자-클라인 모드 분해를 사용하여 5차원 이론을 4차원 상태의 무한한 타워로 기술하며, 압축된 차원에서의 운동량에 의해 질량 스펙트럼이 결정됨을 설명한다.
• 고운동량 루프가 동시에 응용된 양자수렴 및 초대칭 위반 영역을 탐지할 수 없기 때문에, 힉스 소프트 질량이 고에너지 근처에서 유한해짐을 활용한다.
• 싱게트 필드 S를 포함한 다음 최소 초위상함수를 구현하여, S의 소프트 질량이 RG 진화에 의해 음수가 되어 μ-항을 생성한다.
• 부피 인자(1/2πR)를 통해 위험한 비노멀화 연산자를 억제하여, 힉스 포털 연산자에 비해 자연스럽게 지배적이지 않게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 큰 추가 차원 모델에서 미세조정 없이 자연스럽게 전약 대칭 깨짐을 실현할 수 있는가?
• RQ2 분리된 양자수렴 및 초대칭 위반 영역을 가진 5차원 초대칭이 어떻게 끝내기 힉스 소프트 질량을 유한하게 만드는가?
• RQ3 이러한 모델의 현상학적 서명, 특히 초합성 입자 질량과 힉스 보손 성질은 무엇인가?
• RQ4 위험한 비노멀화 연산자의 억제로 인해, 중량 있는 힉스 보손이 정밀 전약 관측에서 가벼운 것처럼 보일 수 있는가?
• RQ5 추가 차원의 부피가 위험한 색 변화 및 정밀 전약 연산자를 억제하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 고에너지 근처에서 양자수렴 및 초대칭 위반 상호작용이 운동량 공간에서 분리되어 힉스 소프트 질량이 유한해지며, 이는 미세조정이 필요 없음을 의미한다.
• 초합성 입자가 테바르 규모에 있을지라도, 힉스 질량이 계산 가능한 유한함을 가지며 자연스러운 전약 대칭 깨짐을 실현한다.
• 힉스 히노는 국소화된 초대칭 위반에서 다음으로 가벼운 초대칭 입자(NLSP)가 되며, 중력 히노는 LSP가 된다. 이는 글루아인의 붕괴를 통한 새로운 힉스 생성을 가능하게 한다.
• 무거운 힉스 보손(M_H > 140 GeV)은 1/(2πR)의 요인으로 인해 위험한 비노멀화 연산자가 억제되어 정밀 전약 측정에서 가벼운 것처럼 보일 수 있다.
• 게이지 및 힉스 장만을 포함하는 연산자는 억제되지 않으며, 정확히 4차원 게이지 커플링을 재현할 수 있어, 중량 있는 힉스가 있음에도 불구하고 정밀 전약 시험을 통과할 수 있다.
• RG 흐름에 의해 음수가 되는 소프트 질량을 가진 싱게트 필드 S를 통해 μ-항을 자연스럽게 생성하는 메커니즘이 제공되며, 기본적인 μ 매개변수의 필요성을 피한다.