[논문 리뷰] Supersplit Supersymmetry

P. J. Fox, David E. Kaplan외 6명|ArXiv.org|2005. 03. 31.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 스칼라, 가우지노, 힉스이노 수반입자가 모두 테바르 스케일 이상에서 분리되는 최소한의 초대칭 모형인 슈퍼스플릿 초대칭을 제안한다. 이 모형은 전자기약대칭을 깨는 데 단 하나의 가벼운 힉스 유사 스칼라를 제외한 표준모형 필드만 남긴다. 모형은 전자기약정밀도를 유지하고, 풍미 및 CP 문제를 피하며, 보편적 통합이 필요 없고 추가 차원이 없더라도 플랑크 스케일에서의 근사적인 게이지 상수 통합을 달성한다. 이는 스트링 이론의 다중우주 구조 내에서 단순하고 자연스러운 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

The possible existence of an exponentially large number of vacua in string theory behooves one to consider possibilities beyond our traditional notions of naturalness. Such an approach to electroweak physics was recently used in "Split Supersymmetry", a model which shares some successes and cures some ills of traditional weak-scale supersymmetry by raising the masses of scalar superpartners significantly above a TeV. Here we suggest an extension - we raise, in addition to the scalars, the gaugino and higgsino masses to much higher scales. In addition to maintaining many of the successes of Split Supersymmetry - electroweak precision, flavor-changing neutral currents and CP violation, dimension-4 and 5 proton decay - the model also allows for natural Planck-scale supersymmetry breaking, solves the gluino-decay problem, and resolves the coincidence problem with respect to gaugino and Higgs masses. The lack of unification of couplings suggests a natural solution to possible problems from dimension-6 proton decay. While this model has no weak-scale dark matter candidate, a Peccei-Quinn axion or small black holes can be consistently incorporated in this framework.

연구 동기 및 목표

• 스칼라 수반입자 외에도 가우지노와 힉스이노까지 분리되는 최소한의 초대칭 모형을 제안하는 것.
• 기존의 초대칭 및 스플릿 초대칭의 한계, 즉 게이지 통합에 의한 양성자 붕괴와 글루아인 붕괴 문제를 해결하는 것.
• 약력 스케일 초대칭 입자가 없는 이론이 여전히 전자기약정밀도, 풍미 및 CP 제약 조건을 만족시킬 수 있는지 탐구하는 것.
• 기존의 GUT 스케일이 필요 없이 플랑크 스케일에서 자연스럽게 게이지 상수 통합이 이루어질 수 있는지 조사하는 것.
• 이론이 스트링 이론의 다중우주 구조 내에서 어떻게 타당한지 평가하는 것 — 여기서는 정밀조정 문제의 영향이 덜하다고 여겨지기 때문이다.

제안 방법

• 모형은 표준모형 게이지 장, 페르미온, 그리고 전자기약대칭 깨짐을 담당하는 단일 가벼운 스칼라 장으로 구성된 저에너지 효과 이론을 구성한다.
• 모든 스칼라 수반입자, 가우지노, 그리고 두 힉스이노는 고에너지 스케일에서 통합되어 풍미 변화 중성자류, 전기 dipole 모멘트, 양성자 붕괴 기여를 제거한다.
• 기존의 GUT 스케일(10^15–10^16 GeV)에서의 게이지 상수 통합 부재는 결함이 아니라 특성으로 받아들여지며, 이를 통해 양성자 붕괴 및 관련 이론 문제를 피한다.
• 플랑크 스케일에서 통합을 매개하는 고차원 연산자 $ \frac{1}{g^2} \frac{\text{Tr}(F_{\nu\tau}F^{\nu\tau}\tilde{\rho})}{M_{\text{Planck}}} $ 를 활용하며, 이에 따른 이론적 불확실성은 최대 50%까지 허용된다.
• 전자기약정밀도 관측량에 대한 현상론적 일관성을 점검하며, 힉스 보손 질량은 280 GeV 이하로 제약된다.
• 약력 스케일 초대칭 입자가 없는 점을 고려해, 페체이-콰이언 악시온 또는 작은 블랙홀과 같은 대체 어두운 물질 후보를 포함할 수 있는지 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모든 스칼라, 가우지노, 힉스이노 수반입자가 테바르 스케일 이상에서 분리되는 초대칭 모형을 구성할 수 있는가? 이때 전자기약대칭 깨짐은 유지되는가?
• RQ2 기존의 GUT 스케일에서의 게이지 상수 통합 부재가 수용 가능한 양성자 붕괴 확률을 초래하는가? 아니면 고차원 연산자의 억제로 보완될 수 있는가?
• RQ3 기존의 GUT 스케일이 없이도 고차원 연산자를 통해 플랑크 스케일에서의 게이지 상수 통합이 여전히 달성될 수 있는가?
• RQ4 이 모형은 글루아인 붕괴 문제와 가우지노 및 힉스이노 질량 간의 공진 문제를 어떻게 해결하는가?
• RQ5 약력 스케일 초대칭 입자가 없는 이론에서 타당한 어두운 물질 후보는 무엇이며, 어떻게 일관되게 통합될 수 있는가?

주요 결과

• 모든 스칼라 및 페르미온 수반입자(가벼운 힉스 유사 스칼라를 제외하고)가 분리되어 풍미 변화 중성자류 및 전기 dipole 모멘트를 효과적으로 방지한다.
• 모형이 기존의 GUT 스케일에서의 게이지 상수 통합을 요구하지 않기 때문에, 차원 5 연산자를 통한 양성자 붕괴가 억제된다.
• 고차원 연산자를 통해 플랑크 스케일에서의 게이지 상수 통합이 근사적으로 가능하며, 이론적 불확실성은 최대 50%까지 허용된다.
• 전자기약정밀도 관측량은 힉스 보손 질량이 280 GeV 이하일 경우와 일관되며, 현재의 입자충돌 실험 제약 조건과도 부합한다.
• 약력 스케일 어두운 물질 후보가 없는 점은 페체이-콰이언 악시온 또는 작은 블랙홀과 같은 대체 어두운 물질 후보의 자연스러운 통합으로 보완된다.
• 이 모형은 스트링 이론 진동자의 다각적 구조가 정밀조정된 이론이 물리적으로 타당할 수 있음을 수용하며, 전통적인 자연성 개념에 도전한다.