[논문 리뷰] Low-scale SUSY breaking by modular fields and Higgs mass bounds

S. Mukhopadhyay, Biswarup Mukhopadhyaya외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 03. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 추가적인 고립된 시공간 차원에서 모듈러 장을 통해 매개되는 저스케일 초대칭(SUSY) 위반 메커니즘을 제안한다. 여기서 이러한 장들의 진공 기대값(vev)은 약 10 TeV 근처의 절단 스케일을 결정한다. 이 프레임워크는 딱지 수준과 루프 수준의 기여를 모두 가능하게 하여 가벼운 중성 힉스 보손 질량에 영향을 미치며, 이는 힉스 질량의 상한선을 상당히 상향 조정한다. 절단 스케일이 1 TeV일 경우 최대 380 GeV까지, 10 TeV일 경우 150–170 GeV까지 상향 조정되며, 이는 LEP 제한과의 긴장을 완화시킨다.

ABSTRACT

We consider a scenario where supersymmetry (SUSY) is broken at a relatively low scale by modular fields of extra compact spacelike dimensions. The effect of both soft and hard SUSY breaking terms on the mass of the lightest neutral Higgs boson are investigated. An important conclusion is that the lightest neutral Higgs can be considerably more massive than what is expected in the MSSM, if the overseeing theory breaks SUSY at a scale not too far above a TeV. An explicit model that implements this has been shown for illustration.

연구 동기 및 목표

• 고스펙 스케일에서의 위반으로 인한 계층 문제를 피하는 저스케일 SUSY 위반 메커니즘을 제안하여 MSSM의 자연성 문제를 해결하는 것.
• 일般적으로 약 130 GeV로 제한되는 MSSM 예측과는 달리, LEP에서의 힉스 질량 제한(140 GeV 이하)과의 긴장을 해결하는 것.
• 약 10 TeV 근처의 스케일에서 억제되는 하드 SUSY 위반 항과 고차원 연산자가 MSSM 기대를 초월해 힉스 질량을 증가시키는 방식을 탐색하는 것.
• 모듈러 장이 포함된 스트링 유도 고차원 초구상 중력 이론 모델에서 이 메커니즘의 구체적 실현 가능성을 보여주는 것.

제안 방법

• 모듈러 장는 고립된 시공간 차원이 굴곡됨에 따라 유래되며, 그 스칼라 성분이 진공 기대값(vev)을 가지며 고차원 연산자의 효과적 절단 스케일을 결정한다.
• 부드러운 SUSY 위반 항은 모듈러 장의 기대값 ⟨T⟩로 억제되는 고차원 연산자를 통해 생성되며, 이는 역동적 절단 스케일로 작용한다.
• 하드 SUSY 위반 항은 라그랑지안에 그대로 유지되며, 낮은 절단 스케일 덕분에 딱지 수준과 루프 수준에서 모두 힉스 질량에 영향을 미친다.
• 스칼라 포텐셜은 F-항 기대값(FT)과 모듈러 장 기대값(⟨T⟩)을 모두 포함하도록 명시적으로 구성되며, 이 두 값은 모두 몇 테바르크 범위에 있어 테바르크 범위의 부드러운 질량을 보장한다.
• 약 10 TeV의 절단 스케일을 사용하여 힉스 질량의 반사적 보정을 계산함으로써 상당한 루프 기여를 도출한다.
• 현상학적으로 허용 가능한 MSSM 매개변수 공간 전반에 걸쳐 수치적 추정을 수행하여 힉스 질량 증가 정도를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 추가 차원에서 모듈러 장을 통해 매개되는 저스케일 SUSY 위반 메커니즘이 표준 MSSM 예측을 초월해 가벼운 중성 힉스 보손 질량을 상당히 상향 조정할 수 있는가?
• RQ2 약 10 TeV 근처의 절단 스케일을 가진 이론에서 하드 SUSY 위반 항이 딱지 수준과 루프 보정을 통해 힉스 질량에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 약 10 TeV 수준의 모듈러 장 기대값이 힉스 질량 상한선에 미치는 정량적 영향은 무엇이며, 특히 MSSM 한계와 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ4 이 프레임워크는 LEP에서 130 GeV 이하에서 힉스 보손을 관측하지 못했지만, LHC에서 미량 운동량 등 SUSY 신호가 관측된 경우에도 이를 조율할 수 있는가?
• RQ5 낮은 절단 스케일 효과 이론에서 부드러운 및 하드 SUSY 위반 항 간의 상호작용이 힉스 질량 스펙트럼에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 절단 스케일이 약 1 TeV일 경우, 보정된 가벼운 중성 힉스 보손 질량 상한선은 최대 약 380 GeV까지 도달할 수 있으며, 이는 표준 MSSM 한계를 크게 초월한다.
• 더 보수적인 절단 스케일 10 TeV일 경우에도 힉스 질량은 여전히 150–170 GeV로 증가하여 LEP-힉스 긴장 문제에 대한 타당한 해결책을 제공한다.
• 낮은 절단 스케일에서 하드 SUSY 위반 항의 딱지 수준 기여는 힉스 질량을 상향 이동시키는 데 핵심적인 역할을 한다.
• 절단 스케일이 약 10 TeV이므로 루프 보정이 증가하여 상당한 반사적 보정 기여를 이끌어낸다.
• 이 모델은 LEP에서 130 GeV 이하에서 힉스 보손을 관측하지 못했더라도, LHC에서 미량 운동량 등의 SUSY 신호가 나타나는 경우에도 이를 설명할 수 있는 타당한 메커니즘을 제공한다.
• 이 시나리오는 하드 항과 낮은 절단 스케일의 조합 효과로 인해 MSSM의 다른 확장(예: U(1) 게이지 확장 또는 싱เก트론 모델)와는 구별되며, 더 높은 힉스 질량 고유값을 예측한다.