[論文レビュー] A string theoretic model of gauge mediated supersymmetry beaking

Mirjam Cvetič, Timo Weigand|ArXiv.org|Jul 25, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 19

ひとこと要約

本稿は、D-braneとDインスタントンを用いたタイプI弦理論におけるゲージ媒介超対称性破れ（GMSB）の弦理論的モデルを提案する。重いストリング状態からの木レベルの四次超ポテンシャル項によってポロンイ場が安定化され、TeVスケールの堅牢なソフト質量が実現可能である。これは、D1インスタントンが所望の階層的スケールでポロンイ項を生成する、グローバルに一貫したSU(5) GUTモデルにおいて示された。

ABSTRACT

We propose a robust supergravity model of dynamical supersymmetry breaking and gauge mediation, and a natural embedding in non-perturbative string theory with D-branes. A chiral field (and its mirror) charged under "anomalous" U(1)'s acts as a Polonyi field whose hierarchical Polonyi-term can be generated by string instantons. Further quartic superpotential terms arise naturally as a tree-level decoupling effect of massive string states. A robust supersymmetry breaking minimum allows for gauge mediation with soft masses at the TeV scale, which we realise for a globally consistent SU(5) GUT model of Type I string theory, with a D1-instanton inducing the Polonyi term.

研究の動機と目的

• TeVスケールで安定したソフト質量を持つ、堅牢な弦理論的ゲージ媒介超対称性破れ（GMSB）モデルを構築すること。
• 弦コンパクト化において、ポロンイ場の小さな階層的真空期待値を生成する挑戦に応えること。
• D-braneとDインスタントンを用いたタイプI弦理論コンパクト化において、ポロンイメカニズムをグローバルに一貫した形で埋め込むこと。
• 重いストリング状態からの四次超ポテンシャル項が、ループ補正に依存せずにポロンイ場を安定化させられることを示すこと。
• D-term制約と非摂動的インスタントン効果を満たす、SU(5)ゲージ群と可観セクター場を備えた実現可能なGUTモデルを構築すること。

提案手法

• モデルは、異常U(1)×U(1)ゲージ群と、それらに対して双ファンドアメンタルなスカラー超多重項SとS̃を有する隠れたセクターを採用する。
• ポロンイ項μ²Sは、剛性のあるP¹サイクルを巻くD1インスタントンによって生成され、インスタントン作用はサイクルの体積とストリング結合定数によって抑制される。
• 木レベルの四次超ポテンシャル項S²S̃²/Mは、質量M ≈ Msの重いストリング状態を積分して除去することによって得られ、ここでMは重いモードの結合定数と質量スケールによって決定される。
• ケーラー・ポテンシャルは最小的（K = |S|² + |S̃|² + |q|² + |q̃|²）であると仮定し、不安定化補正を回避する。
• 可観セクターは、可観ゲージ群の下でベクトル型対として変換するメッセンジャー対q, q̃を介して結合され、1ループのゲージ媒介を可能にする。
• D9-braneとD5-braneを用いて、dP₄上の楕円フィブレーション上に、トポロジカルなトッドとK理論的制約を満たすグローバルに一貫したSU(5) GUTモデルを構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 木レベルの四次超ポテンシャル項によってループ補正に依存せずにポロンイ場が安定化されるような、弦理論的ゲージ媒介超対称性破れモデルを構築できるか？
• RQ2 D-braneとDインスタントンを用いたグローバルに一貫したタイプI弦コンパクト化において、階層的なポロンイ項μ²Sをどのように生成できるか？
• RQ3 TeVスケールのソフト質量に適切な抑制スケールを持つポロンイ項を生成するためのDインスタントンが満たすべき幾何学的およびゲージ理論的条件は何か？
• RQ4 D-termとトッド・キャンセレーション条件を満たす中で、このフレームワークに整合的なSU(5)大統一理論を埋め込むことができるか？
• RQ5 重いストリング状態が必要な四次超ポテンシャル項をどのように生成するか、またこれらの状態の質量スケールMにどれほど感度があるか？

主な発見

• ポロンイ項μ²Sは、除算π*E₄内の剛性のあるP¹サイクルをD1インスタントンが巻くことで生成され、インスタントン作用は体積Vol(C) ≈ 2.63によって抑制される。
• プランク単位でμ² ≈ 10⁻²⁰の所望の抑制スケールは、ストリング結合定数gs ≈ 0.4およびインスタントン体積Vol(C) ≈ 2.63のとき達成される。
• 質量M ≈ Ms（ストリングスケール）の四次超ポテンシャル項S²S̃²/Mは、ポロンイ場Sを階層的な真空期待値に安定化させ、TeVスケールのソフト質量を持つ堅牢なGMSBを可能にする。
• SU(5) GUTモデルにおいて、特定のケーラーモジュライ値（例：r₄ = -2.63）において、D-term条件はケーラー・コーン内で満たされる。
• ゲージカーネル関数f = f̃/(2πgs)により、αGUT ≈ 0.03が得られ、所望の統一値にわずかに下回るが、所望のインスタントン体積と整合的である。
• 最小限の(S, S̃)ペアは、それぞれのU(1)ゲージ群に対して正確に1つのフェルミオン的ゼロモードを有し、非摂動的超ポテンシャルの正しい構造を保証する。