[논문 리뷰] SUSY Model Building

Stuart Raby|arXiv (Cornell University)|2007. 10. 15.

Black Holes and Theoretical Physics참고 문헌 33인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 초대칭 모델 구축 분야의 최근 진전을 검토하며, 동역학적 SUSY 위반 메커니즘, MSSM에서의 '작은 계층 문제'와 μ 문제, 오르비폴드 GUT 및 헤터로틱 스트링 이론에 의한 UV 완비성에 중점을 둔다. 결론적으로 메타안정적인 SUSY 위반 진공은 일반적이며 우주론적으로 오랫동안 지속되므로, 타당한 현상학적 모델링과 UV 완비 초대칭 이론으로 향하는 길을 제공한다.

ABSTRACT

I review some of the latest directions in supersymmetric model building, focusing on SUSY breaking mechanisms in the minimal supersymmetric standard model [MSSM], the "little" hierarchy and $μ$ problems, etc. I then discuss SUSY GUTs and UV completions in string theory.

연구 동기 및 목표

• LEP 데이터가 힉스 보존 질량을 제약함에 따라, 정밀조정이 필요 없으려면 스탑이 무거워야 하거나 혼합이 커야 하는 MSSM의 '작은 계층 문제'를 해결하기 위해.
• 동역학적 SUSY 위반과 자연스러운 매개변수 선택을 통해 MSSM에서의 μ 문제와 Bμ 문제를 해결하기 위해.
• 오르비폴드 GUT와 10차원 헤터로틱 스트링 이론에 통합함으로써 MSSM의 타당한 UV 완비를 구축하기 위해.
• 글로벌 및 국소 SUSY/스트링 이론 설정에서 메타안정적인 SUSY 위반 진공이 일반적이며 우주론적으로 오랫동안 지속됨을 보여주기 위해.
• 압축된 고차원 모형을 통해 MSSM을 대규모 통합과 스트링 이론으로 통합하기 위해, 오르비폴딩과 윌슨 라인을 통한 대칭성 붕괴를 활용하기 위해.

제안 방법

• 공식 $ m_h^2 \approx M_Z^2 + \frac{3G_F m_t^4}{\sqrt{2}\pi^2} \left( \log \frac{m_{\tilde{t}}^2}{m_t^2} + X_t^2(1 - \frac{X_t^2}{12}) \right) $ 를 사용하여 MSSM에서 힉스 질량의 1-loop 보정을 분석함으로써 '작은 계층 문제'와 연결함.
• 중력, 게이지, 이상성 매개화를 포함한 세 가지 주요 SUSY 위반 매개화 메커니즘을 분석함. 모듈라스 및 딜라톤 매개화 등의 변종 포함.
• $ M_4 \times S^1 / (Z_2 \times Z_2') $ 에서 5차원 오르비폴드 GUT를 구축함. 게이지 대칭은 경계에서 붕괴되며(SO(10) 및 SU(6)×SU(2)_R), 패티-살라姆 통합을 이룸.
• 10차원 헤터로틱 스트링 이론에 5차원 오르비폴드 GUT를 압축하여 통합함. $ (T^2)^3 / Z_3 $ 에서 압축하고 윌슨 라인을 사용함. 모듈라 불변성을 유지하기 위해 시프트 벡터 $ V_6 $ 를 사용함.
• 비틀림 및 비틀림이 없는 섹터에서 유래한 질량이 없는 스트링 상태를 활용하여 MSSM 스펙트럼을 실현함. 이는 고정점에 국소화된 3개의 가닥을 포함함.
• 오르비폴드 프로젝션과 경계 조건을 적용하여 힉스 쌍중력에서 삼중력을 분리하고, 바이오른 수준 위반 억제를 통해 양성자 붕괴를 억제함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 글로벌 및 국소 SUSY 이론 설정에서 메타안정적인 SUSY 위반 진공이 일반적으로 실현 가능하며, 이들이 우주론적으로 타당한가?
• RQ2 극도의 정밀조정 없이 MSSM의 '작은 계층 문제'는 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ3 오르비폴드 압축은 GUT에서 게이지 통합과 이중력에서 삼중력을 분리하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 5차원 오르비폴드 GUT는 현실적인 3가닥 MSSM 스펙트럼을 갖는 10차원 헤터로틱 스트링 이론으로 어떻게 UV 완비될 수 있는가?
• RQ5 동역학적 SUSY 위반과 기하학적 대칭성 붕괴를 통해 μ 문제와 Bμ 문제를 동시에 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 글로벌 SUSY 및 국소 SUSY/스트링 이론 설정 모두에서 메타안정적인 SUSY 위반 진공은 일반적이며 우주론적으로 오랫동안 지속되므로, 모델 구축의 주요 장애물을 제거한다.
• '작은 계층 문제'는 LEP 힉스 질량 제약(114.4 GeV)으로 인해, 정밀조정이 필요 없으려면 스탑이 무거워야 하거나 혼합이 커야 하는 상황에서 발생하며, 이는 새로운 물리가 도입되지 않는 한 정밀조정을 암시한다.
• 경계에서 $ Z_2 \times Z_2' $ 붕괴가 일어나는 5차원 오르비폴드 GUT는 패티-살라姆 통합을 실현하고, 파동함수 국소화를 통해 힉스 쌍중력을 삼중력에서 자연스럽게 분리한다.
• E(8)×E(8) 헤터로틱 스트링에서 유도된 $ M_4 \times S^1 / (Z_2 \times Z_2') $ 의 E(6) 오르비폴드 GUT는 3가닥과 MSSM 유사한 내용을 포함하는 저에너지 스펙트럼을 제공한다.
• $(T^2)^3 / Z_3 $ 에서의 스트링 압축과 윌슨 라인은 비틀림 및 비틀림이 없는 섹터에서 질량이 없는 상태를 생성하며, 3가닥과 게이지 대칭 붕괴를 포함하는 MSSM 스펙트럼을 실현한다.
• 오르비폴드 GUT의 UV 완비는 가능하며, 5차원 효과 이론은 10차원 압축된 스트링 모형의 저에너지 근사로 나타난다.