[논문 리뷰] Some Comments on "Split" Supersymmetry

Manuel Drees|ArXiv.org|2005. 01. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 '스플릿 슈퍼대칭'—즉, 힉스 보손만 가볍고 나머지 스칼라들이 훨씬 무거운 것—이 자연스럽고 잘 정당화된 슈퍼대칭 깨짐 메커니즘인 중력, 게이지, 또는 애노말리 매개화와는 호환되지 않으며, 추가적인 독립적인 미세조정이 도입되지 않으면 안 된다고 주장한다. 핵심 결과는 큰 tanβ 비율을 달성하기 위해서는 |Bμ| ≫ m_SUSY 가 되어야 하는데, 이는 매우 비현실적인 모델에서만 가능하며, 이는 스플릿 슈퍼대칭이 자연스러운 프레임워크로서의 매력을 약화시킨다.

ABSTRACT

An argument against tolerating finetuning in the Higgs sector is presented, by emphasizing the difference between (well understood) quantum corrections to scalar masses and the (unsolved) problem of the cosmological constant. I also point out that ``split'' supersymmetry, where all scalars except one Higgs boson have masses many orders of magnitude above the weak scale, is not compatible with simple mechanisms of transmitting supersymmetry breaking (gravity, gauge or anomaly mediation), unless a second, independent finetuning of parameters is introduced. This finetuning is required to obtain an acceptable ratio of vacuum expectation values tan(beta).

연구 동기 및 목표

• 스플릿 슈퍼대칭이 MSSM의 자연스러운 확장으로서의 타당성을 도전하기.
• 단순한 슈퍼대칭 깨짐 메커니즘(중력, 게이지, 애노말리 매개화)이 추가적인 미세조정 없이 필요한 큰 질량 분리를 생성할 수 없다는 것을 보여주기.
• 우주론적 상수 문제와 힉스 질량 계층 문제 사이의 차이를 부각하며, 후자가 힉스 섹터에서의 미세조정을 정당화하지 못한다고 주장하기.
• 큰 tanβ를 달성하기 위해서는 |Bμ| ≫ m_SUSY 가 되어야 하며, 이는 복잡하거나 특수한 모델에서만 가능하다는 것을 보여주기.
• 스플릿 슈퍼대칭에서 tanβ를 안정화시키기 위해 두 번째 독립적인 미세조정이 필요하다는 것을 주장하며, 이는 그 이론적 동기를 약화시킨다.

제안 방법

• 나무 수준의 힉스 포텐셜을 분석하여 sin 2β = 2Bμ / (m²_Hu + m²_Hd) 라는 조건을 유도함으로써 tanβ 를 소프트 깨짐 매개변수와 연결한다.
• 퍼트리부티브 통합과 플레이버 물리학의 제약 조건을 적용하여 tanβ 를 0.5 到 100 사이로 제한한다.
• 중력, 게이지, 애노말리 매개화 슈퍼대칭 깨짐에서의 소프트 깨짐 항목을 평가하여, 일반적으로 m²_Hd ∼ m²_SUSY 가 되며, 이는 요구되는 m²_Hd ≪ m²_SUSY 와 충돌한다는 것을 보여준다.
• |Bμ| ≫ m_SUSY 를 생성할 수 있는 것은 D-항 깨짐 또는 특정 GMSB 모델 뿐이며, 이는 비자연스러운 매개변수 선택이나 추가 장을 필요로 한다는 것을 밝혀낸다.
• 추가 스칼라나 벡터-유사 물질을 포함한 모델이 힉스 섹터를 안정화시키는 데 가능할지 평가하여, 이는 지나치게 복잡하다는 것을 발견한다.
• renormalization group 방정식을 사용하여 게이진 이론 질량을 제약하고 m_SUSY 의 경계를 유도하며, 큰 분리가 이루어지려면 반드시 미세조정이 필요하다는 것을 보여준다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스플릿 슈퍼대칭은 중력 또는 게이지 매개화와 같은 단순하고 잘 정당화된 슈퍼대칭 깨짐 모델에서 실현 가능한가?
• RQ2 스플릿 슈퍼대칭에서 큰 tanβ 를 달성하기 위해 필요한 미세조정 수준은 무엇이며, 이는 약한 스케일에서 힉스 질량을 유지하기 위해 필요한 미세조정과 독립적인가?
• RQ3 왜 우주론적 상수 문제는 힉스 섹터에서의 미세조정을 정당화하는 데 유효한가?
• RQ4 자연스러운 슈퍼대칭 깨짐 프레임워크에서 Bμ 항을 SUSY 스케일보다 크게 만들 수 있는가?
• RQ5 m_SUSY ≫ m_weak 를 유지하면서도 퍼트리부티브이고 플레이버 보존적인 힉스 섹터를 유지할 수 있는 타당하고 비편협한 모델은 존재하는가?

주요 결과

• 스플릿 슈퍼대칭은 중력 또는 게이지 매개화 슈퍼대칭 깨짐과 호환되지 않으며, 힉스 섹터를 안정화시키기 위해 추가적인 독립적인 미세조정이 도입되어야 한다.
• 큰 tanβ(최대 100)를 요구하는 조건은 |Bμ| ≫ m_SUSY 를 강요하며, 이는 표준 슈퍼대칭 깨짐 메커니즘에서는 자연스럽게 달성할 수 없다.
• 게이지 매개화 모델에서는 |Bμ| ∼ 100 m_SUSY 가 가능하지만, 이는 m_SUSY 가 약 10⁴ m_weak 수준으로 억제되어야 하며, 이는 통합 스케일보다 훨씬 낮은 스케일이 된다.
• 애노말리 매개화는 자연스럽게 게이진과 슈퍼페르미온 질량을 동일한 순서로 생성하므로, 스플릿 스펙트럼을 생성할 수 없다.
• 오직 D-항 깨짐 또는 추가 스칼라와 벡터-유사 물질을 포함한 매우 비현실적인 모델 뿐이 필요한 |Bμ| 를 생성할 수 있으나, 이는 이론적으로 매력이 없고 복잡하다.
• m²_Hd ≪ m²_SUSY 를 유지하기 위해 두 번째 독립적인 미세조정이 필요하며, 이는 확률적 또는 랜드스케이프 기반 해석에서 스플릿 슈퍼대칭의 자연스러움을 약화시킨다.