[论文解读] A Solution to the Supersymmetric Fine-Tuning Problem within theMSSM

Ryuichiro Kitano, Yasunori Nomura|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 58

一句话总结

该论文通过结合模量与异常介导的规范对称性自发破缺贡献，提出了解决MSSM中规范对称性精细调谐问题的方案，从而自然地产生轻量级希格斯ino暗物质候选者，并得到一个近乎普遍的规范介子与超费米子质量谱——唯独顶夸克超伴子除外——同时预测希格斯玻色子质量低于120 GeV，顶夸克超伴子质量低于300 GeV，所有结果均在20%以内的精细调谐范围内。

ABSTRACT

Weak scale supersymmetry has a generic problem of fine-tuning in reproducing the correct scale for electroweak symmetry breaking. The problem is particularly severe in the minimal supersymmetric extension of the standard model (MSSM). We present a solution to this problem that does not require an extension of the MSSM at the weak scale. Superparticle masses are generated by a comparable mixture of moduli and anomaly mediated contributions, and the messenger scale of supersymmetry breaking is effectively lowered to the TeV region. Crucial elements for the solution are a large A term for the top squarks and a small B term for the Higgs doublets. Requiring no fine-tuning worse than 20%, we obtain rather sharp predictions on the spectrum. The gaugino masses are almost universal at the weak scale with the mass between 450 and 900 GeV. The squark and slepton masses are also nearly universal at the weak scale with the mass a factor of √ 2 smaller than that of the gauginos. The only exception is the top squarks whose masses split from the other squark masses by about mt/ √ 2. The lightest Higgs boson mass is smaller than 120 GeV, while the ratio of the vacuum expectation values for the two Higgs doublets, tan β, is larger than about 5. The lightest superparticle is the neutral Higgsino of the mass below 190 GeV, which can be dark matter of the universe. The mass of the lighter top squark can be smaller than 300 GeV, which may be relevant for Run II at the Tevatron.

研究动机与目标

• 在MSSM框架下解决弱能标超对称理论中的严重精细调谐问题。
• 识别一种机制，可在不于弱能标处扩展MSSM的前提下，自然生成电弱能标。
• 在保持暗物质与LHC/TEVATRON信号等关键现象学特征的前提下，实现最小精细调谐（≤20%）的谱结构。
• 确定该机制对希格斯玻色子质量、tanβ以及超粒子质量的含义。

提出的方法

• 结合模量介导与异常介导的超对称性自发破缺贡献，以生成超粒子质量。
• 假设通过模量与异常项的相互作用，有效降低信息量标度至TeV区域。
• 对顶夸克超伴子施加大A项，对希格斯双态施加小B项，以稳定电弱真空。
• 利用辐射电弱对称性自发破缺，并结合大的顶夸克汤川耦合，自然实现正确的希格斯质量。
• 应用规范跑动方程，从高能标边界条件推导弱能标谱。
• 施加20%的精细调谐上限，以约束参数空间并推导出具有预测性的谱结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 MSSM是否能在不于弱能标引入新物理的前提下，实现自然的电弱对称性自发破缺？
• RQ2 模量与异常介导贡献的何种组合能在MSSM中产生可行且精细调谐的谱？
• RQ3 对顶夸克超伴子施加大A项、对希格斯双态施加小B项，如何影响希格斯质量与真空稳定性？
• RQ4 在最小精细调谐条件下，最轻的希格斯玻色子、希格斯ino与顶夸克超伴子的预测质量是多少？
• RQ5 在此框架下，最轻的超对称粒子是否可作为可行的暗物质候选者？

主要发现

• 弱能标处的规范介子质量近乎普遍，质量范围为450–900 GeV。
• 标量夸克与标量轻子质量几乎简并，约为规范介子质量的1/√2倍。
• 顶夸克超伴子与其他标量夸克的分裂约为mt/√2，导致顶夸克超伴子态更轻。
• 最轻的希格斯玻色子质量预测低于120 GeV。
• 真空期望值之比tanβ大于约5。
• 最轻的超粒子为中性希格斯ino，质量低于190 GeV，因此是可行的暗物质候选者。