[논문 리뷰] The Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) and General Singlet Extensions of the MSSM (GSEMSSM), a short review

M. C. Rodriguez|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 29.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 21인용 수 10

한 줄 요약

이 리뷰는 최소 초대칭 표준모형(MSSM)과 그 일반 단일장 확장(GSEMSSM)에 대한 종합적인 소개를 제공하며, 초공간 형식론을 사용해 그 라그랑지안을 유도하고 R-대칭 보존 조건 하에서 질량 스펙트럼을 분석한다. 단일장의 포함이 힉스 및 중성노의 질량을 어떻게 수정하는지 보여주며, 경량 편광자 및 실현 가능한 어둠의 물질 후보를 가능하게 하며, 주요 결과로 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손 질량에 대해 145 GeV 이하의 상한선을 제시한다.

ABSTRACT

In this lectures, we give a review about the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) and the General Singlet Extensions of the MSSM (GSEMSSM). We, first introduce the minimal set of fields to built both models. Then we introduce their superfields and using them we build the lagrangian of those models in the superspace formalism. We show how to get the mass spectrum of those model in the $R$-parity scenarios and we also show how to get some Feynman Rules with the Gauge Bosons.

연구 동기 및 목표

• 이론적 프레임워크와 현상학적 영향에 중점을 두어 MSSM 및 그 일반화에 대한 교육적 리뷰를 제공하는 것.
• 초공간 형식론에서 초장(supervields)을 사용하여 MSSM 및 GSEMSSM의 라그랑지안을 유도하는 것.
• R-대칭 보존 조건 하에서 힉스, 카이린오, 중성노의 질량 스펙트럼을 분석하는 것.
• GSEMSSM와 같은 단일장 확장이 경량 편광자 및 실현 가능한 어둠의 물질 후보를 어떻게 가능하게 하는지 탐색하는 것.
• 가장 가벼운 힉스 보손 질량에 대한 정량적 상한선을 설정하고, 이를 우주론적 모델에 대한 영향을 논의하는 것.

제안 방법

• 초공간 형식론에서 캐럴 및 벡터 초장을 사용하여 MSSM 및 GSEMSSM의 라그랑지안을 구성하는 것.
• 부드러운 SUSY 위반 항과 R-대칭 보존 조건을 사용하여 힉스, 카이린오, 중성노의 질량 행렬을 유도하는 것.
• 반복적 전자약 대칭 붕괴를 연구하기 위해 재규격화군 방정식(RGEs)을 적용하는 것.
• 게이지 단일장 초장을 도입하여 MSSM을 확장하고, 초위상(superpotential)과 힉스 포텐셜을 수정하는 것.
• 나무계급 스칼라 포텐셜을 사용하여 질량 고유상태와 $\mu$, $\tan\beta$, $\lambda$와 같은 매개변수에 대한 제약 조건을 도출하는 것.
• 초장 미적분을 사용하여 게이지 보손 상호작용의 파인먼 규칙을 계산하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MSSM에 게이지 단일장 초장이 포함될 경우 힉스 부문과 질량 스펙트럼은 어떻게 수정되는가?
• RQ2 GSEMSSM에서 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손의 질량에 대한 제약 조건은 무엇인가?
• RQ3 카이린오와 중성노의 질량은 부드러운 위반 매개변수와 $\tan\beta$에 어떻게 의존하는가?
• RQ4 GSEMSSM은 경량 편광자와 실현 가능한 어둠의 물질 후보를 수용할 수 있는가?
• RQ5 퍼티브이브 약한 척도 초대칭에서 가장 가벼운 힉스 보손 질량에 대한 상한선은 무엇인가?

주요 결과

• GSEMSSM에서 가장 가벼운 CP-짝성 힉스 보손의 질량에 대해 상한선 145 GeV이 도출되었으며, 이는 조건 $M^{2}_{H^{0}_{1}} \leq M^{2}_{Z}\left[\cos^{2}(2\beta) + \frac{2\lambda^{2}\cos^{2}\theta_{W}}{g^{2}}\sin^{2}(2\beta)\right]$ 에 기반한다.
• GSEMSSM는 두 개의 편광자 $H^{PS}_{1,2}$ 가 모두 매우 가벼워질 수 있도록 허용하며, 절대적인 질량 상한선이 없어 천체물리학적으로 의미 있는 시나리오를 가능하게 한다.
• GSEMSSM에서 가장 가벼운 중성노는 약한 상호작용을 하는 질량이 큰 입자(WIMP) 어둠의 물질 후보로 실현 가능하며, 확장된 R-대칭 보존 항을 통해 질량 행렬이 유도된다.
• MSSM은 반복적 전자약 대칭 붕괴를 나타내며, $m_{1}^{2}$ 와 $m_{2}^{2}$ 가 RGEs에 따라 진화하여 자발적 대칭 붕괴를 유도한다.
• 글루아노는 가장 무거운 스파르티클이며 질량이 $\mathcal{O}(\text{TeV})$ 수준이며, 카이린오와 중성노는 일반적으로 $\mathcal{O}(M_Z)$ 수준이다.
• 단일장 결합 상수 $\kappa \to 0$ 일 때 모델은 NMSSM 극한을 재현하며, 알려진 확장과의 일관성을 확인한다.