[논문 리뷰] Remodeling the Pentagon After the Events of 2/23/06

T. Banks|ArXiv.org|2006. 06. 29.

Child and Adolescent Health참고 문헌 8인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 5-플레이버 $SU(5)$ 펜타쿼크 이론에서 Intriligator, Seiberg, and Shih의 준안정한 SUSY 깨짐 메커니즘을 사용하여 단순화된 우주론적 SUSY 깨짐 모델을 제안한다. 원래의 복잡한 Pentagon 모델을 하나의 스칼라 필드 $S$로 대체함으로써 문제적일 수 있는 저에너지 악시온을 제거하고, 자발적으로 깨진 펜타바리온 수를 기반으로 한 1 eV의 준골드스톤 보손으로서의 타당한 암흑물질 후보를 제시한다. 이는 풍미 변화 붕괴를 통해 생성된다.

ABSTRACT

The meta-stable SUSY breaking mechanism of Intriligator Seiberg and Shih can be used to simplify the Pentagon model of TeV scale physics. The simplified model has only a single scalar field and no troublesome low energy axion. One significant signature is $l^+ l^- X$ plus missing energy, where $X$ might be the two photons of gauge mediated models, but is likely to be different. There is a new strongly interacting sector with a scale around 1.5 TeV. The penta-hadrons of this sector have masses of order 6 TeV or more. Dark matter is probably the pseudo-goldstone boson of spontaneously broken penta-baryon number. This can be a viable dark matter candidate if an appropriate asymmetry in penta-baryon number is generated in the early universe. The pseudo-Goldstone particle has a mass of $\sim 1$ eV and is produced predominantly in flavor changing charged current decays of ordinary particles. The model solves the flavor problems of SUSY, but has two low energy CP violating phases, whose value is strongly constrained by experiment.

연구 동기 및 목표

• 우주론적 SUSY 깨짐의 원래 Pentagon 모델에서의 풍미 문제와 악시온 문제를 해결하기 위해.
• 다수의 단일 필드를 하나의 스칼라 필드 $S$로 대체하여 모델을 단순화하기 위해 (이 경우 이산 R-전하 2를 가짐).
• 자발적으로 깨진 펜타바리온 수의 준골드스톤 보손으로부터 타당한 암흑물질 후보를 구성하기 위해.
• 차원 6 수준에서 위험한 FCNC와 양성자 붕괴를 피할 수 있도록 모델을 확보하기 위해.
• 정밀 전자기약력 제약 조건과 LHC 현상학적 특성에 대한 모델의 타당성 평가를 위해.

제안 방법

• Intriligator, Seiberg, and Shih가 제안한 $N_F = N_C = 5$ $SU(5)$ 초량자역학의 준안정한 SUSY 깨짐 진공을 활용한다.
• R-전하 2를 가진 단일 스칼라 필드 $S$를 도입하며, 이는 초위상 $W_S = g_S S P^A_i \tilde{P}^j_A Y^i_j + g_\mu S H_u H_d + g_T S^3$ 를 통해 상호작용한다.
• 표준모형의 게이지 대칭군을 Pentagon의 $SU(5)$ 풍미 대칭에 통합하여 적절한 게이지 커플링 통합을 보장한다.
• 중력보 질량 $m_{3/2} \sim \lambda^{1/4}$ 가 $m_{ISS}$ 를 결정함으로써, 우주상수를 SUSY 깨짐 스케일과 연결한다.
• 이산 R-대칭의 깨짐에 의존하여 $\mu$-항을 생성하고 우주상수를 안정화시킨다.
• ISS 메커니즘을 사용하여 계산 가능한 준안정한 진공을 확보하며, $F \sim m_{ISS} \Lambda_5$ 를 얻는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ISS의 준안정한 SUSY 깨짐 메커니즘이 원래 Pentagon 모델을 단순화하면서도 악시온 문제를 재활성화하지 않고 사용될 수 있는가?
• RQ2 R-전하 2를 가진 단일 스칼라 필드 $S$가 $\mu$-항과 게이지노 질량을 생성하면서도 게이지 커플링 통합을 유지하는 데 충분한가?
• RQ3 펜타바리온 수의 준골드스톤 보손이 풍미 변화 붕괴를 통해 관측 가능한 방식으로 1 eV 암흑물질 후보로 타당한가?
• RQ4 이 모델은 LHC에서 $l^+l^-X$ + 미량 에너지 최종 상태에서 특징적인 현상학적 서명을 예측하는가?
• RQ5 이 모델은 차원 6 수준에서 위험한 풍미 변화 중성미온 및 양성자 붕괴를 어떻게 피하는가?

주요 결과

• 모델은 복잡한 단일 필드 섹터를 하나의 R-전하를 가진 스칼라 필드 $S$로 대체함으로써 문제적일 수 있는 저에너지 QCD 악시온을 제거하여, 악시온 질량과 미세조정 문제를 해결한다.
• 암흑물질은 자발적으로 깨진 펜타바리온 수의 준골드스톤 보손으로 식별되며, 약 1 eV의 질량을 가진다.
• 암흑물질은 일반 입자의 풍미 변화 붕괴를 통해 주로 생성되며, 강한 결합 효과로 인해 분해비율이 증가하지만 여전히 작다.
• 모델은 LHC에서 특징적인 서명을 예측한다: $l^+l^-X$ + 미량 에너지, 여기서 $X$ 는 표준 게이지 매개화에서의 이중 양성자 최종 상태가 아니며, NLSP 붕괴에서 유래한 다른 최종 상태일 가능성이 높다.
• 모델은 $\tan\beta \sim 1$ 수준에서 전자기약력 대칭 깨짐을 자연스럽게 실현하며, 힉스 VEV는 $g_S \Lambda_5$ 와 관련된다. 그러나 필요한 작은 $g_S$ 값은 게이지노 질량 생성과 충돌할 수 있다.
• 지연된 정점은 중력보로의 즉각적 붕괴로 인해 발생하지 않으며, 중력보들은 매우 가볍고 우주론적 영향이 없다.