[論文レビュー] Constrained Standard Model from Extra Dimension

Yasunori Nomura|ArXiv.org|May 13, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、TeVスケールの余剰次元を有する5次元時空において、1つのヒッグスダブルレットを有する制約付き標準模型を提案する。超対称性は隠れたセクターではなく、コンパクト化によって破られる。ヒッグス質量はコンパクト化半径Rによって有限かつ計算可能であり、物理的ヒッグスボソン質量は127 ± 8 GeV、最も軽い超対称パートナー（トップスクアーブ）は197 ± 20 GeVであると予測される。

ABSTRACT

A five dimensional supersymmetric model is constructed which reduces to the one Higgs-doublet standard model at low energies. The radiative correction to the Higgs potential is finite and calculable, allowing the Higgs mass prediction of 127 \pm 8 GeV. The physical reasons for this finiteness are discussed in detail. The masses of the superparticles and the Kaluza-Klein excitations are also predicted. The lightest superparticle is a top squark of mass 197 \pm 20 GeV.

研究の動機と目的

• 超対称性の破れに隠れたセクターに依存しない標準模型の階層問題を解決すること。
• ヒッグス質量の量子修正が有限かつ計算可能となる超対称拡張標準模型を構築すること。
• 自由パラメータが1つ（コンパクト化半径R）に制限された制約付きヒッグス系を達成すること。
• 計算可能なヒッグスボソン質量を持つ現実的で予測可能な電弱対称性の自发的破れのモデルを提供すること。

提案手法

• 半径Rの円にコンパクト化された5次元${\cal N}=1$超対称理論を実装すること。
• 固定点における$S^1/(Z_2 \times Z_2')$のオービフォールディングを用いて、5次元超対称性を4次元${\cal N}=1$超対称性に低下させること。
• 5次元理論からヒッグスポテンシャルを導出し、木レベルのポテンシャルがゲージカップリングによって固定される：$V_{h,{\rm tree}} = \frac{g^2 + g'^2}{8}|h|^4$。
• Kaluza-Kleinモードを含むループ図によるヒッグス質量の量子修正を計算し、超対称性の破れが非局所的であるため、その補正は有限である。
• ヒッグス真空期待値が弱い相互作用スケールと一致するという要請から、コンパクト化半径Rを決定すること。
• 超対称性の破れが非局所的である境界条件を適用し、ヒッグス質量の局所的カウンタータームが存在しないため、量子修正が有限であることを保証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超対称性の破れに隠れたセクターを必要としない標準模型の超対称拡張を構築することは可能か？
• RQ2 コンパクト化によって誘発される超対称性の破れを有する5次元余剰次元モデルにおいて、有限かつ計算可能なヒッグス質量を達成することは可能か？
• RQ3 ヒッグス系を1つのヒッグスダブルレットに制限し、コンパクト化半径Rを除いて自由パラメータを持たせることは可能か？
• RQ4 このようなモデルにおいて、ヒッグスポテンシャルおよび質量の構造は余剰次元の半径Rにどのように依存するか？
• RQ5 得られた超対称パートナースペクトル、特に最も軽い超対称パートナーの物性的特徴は何か？

主な発見

• コンパクト化半径は$1/R = (1+z)(352 \pm 20)~{\rm GeV}$、$|z| \lesssim 0.2$と決定される。
• 物理的ヒッグスボソン質量は$m_{{\rm phys},h} = 127 \pm 8~{\rm GeV}$と予測され、観測値と整合的である。
• 最も軽い超対称パートナーは質量$m_{\tilde{t}_{-}} = 197 \pm 20~{\rm GeV}$のトップスクアーブであり、将来の線形衝突機で検出可能である可能性がある。
• コンパクト化による非局所的超対称性の破れのおかげで、ヒッグス質量の量子修正は有限かつ計算可能であり、二次発散が排除される。
• 木レベルでのヒッグスポテンシャルはゲージカップリングによって完全に決定され、Rを除いて自由パラメータは存在せず、制約付きモデルが得られる。
• ソフトな超対称性の破れパラメータの必要性を回避し、電弱対称性の自发的破れのための予測可能なフレームワークを提供する。