[論文レビュー] Dark Energy density in Split SUSY models inspired by degenerate vacua

C.D. Froggatt, R. Nevzorov+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2010

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 3被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、縮退した真空を持つノスケール超重力理論モデルが、分裂超対称性（Split SUSY）における観測されたダークエネルギー密度を自然に説明できることを提案している。このモデルでは、一つの真空が超対称性を保ち、もう一つの真空がそれを破る。宇宙定数がこれらの相の間で縮退していると仮定すると、可視領域における非摂動的QCD効果が、超対称性の破れスケールが約$10^{10}$ GeVのとき、観測されたエネルギー密度と一致する真空エネルギー密度を生成する。

ABSTRACT

It is well known that global symmetries protect local supersymmetry and a zero value for the cosmological constant in no--scale supergravity. The breakdown of these symmetries, which ensure the vanishing of the vacuum energy density, results in a set of degenerate vacua with broken and unbroken supersymmetry leading to the natural realisation of the multiple point principle (MPP). Assuming the degeneracy of vacua with broken and unbroken SUSY in the hidden sector we estimate the value of the cosmological constant. We argue that the observed value of the dark energy density can be reproduced in the split-SUSY scenario if the SUSY breaking scale is of the order of 10^{10} GeV.

研究の動機と目的

• 縮退した真空を持つノスケール超重力理論を用いて、宇宙定数問題を解決すること。
• 可視領域における非摂動的超対称性の破れと関連づけることで、微調整を必要としない微小な観測されたダークエネルギー密度を説明すること。
• 観測された宇宙定数の値を再現する超対称性の破れスケール$M_S$の予測を導出すること。
• 追加のベクトルレプトン的クォーク（$5+\bar{5}$）の導入が予測される$M_S$スケールに与える影響を調査すること。
• グルーギノの崩壊寿命を超対称性の破れスケールに関連づけ、モデルの実験的検証可能性を提供すること。

提案手法

• 超重力のKählerポテンシャル$\hat{K} = -3\ln[T + \bar{T} - |z|^2]$と超電位$\hat{W}(z) = \kappa(z^3 + \mu_0 z^2 + \sum_{n=4}^\infty c_n z^n)$を用い、超対称性の破れがない状態では真空エネルギーがゼロになるように保証する。
• 複数の点原理（MPP）を用いて、超対称性を保つ真空（$m_{3/2} = 0$）と超対称性が破れる真空の間で縮退を課し、微調整を回避する。
• ゲージカーネル関数$f_a(T,z) \simeq \text{const}$を仮定することで、両相におけるゲージカップリングの整合的かつ同一のランダム化を実現する。
• 第二の真空におけるQCDスケール$\Lambda_{SQCD}$を、$\alpha_3^{(2)}(M_S) = \alpha_3^{(1)}(M_S)$のマッチング条件を用いて計算し、ベータ関数として$b_3 = -3$、$\tilde{b}_3 = -7$、$b_3' = -5$を用いる。
• トップクォークコンデンゲートの形成が超対称性の破れを引き起こすと仮定し、宇宙定数を$\Lambda \simeq \Lambda_{SQCD}^4$と推定する。
• グルーギノの崩壊寿命$\tau \sim 8 (M_S/10^9\,\text{GeV})^4 (1\,\text{TeV}/M_g)^5\,\text{s}$を評価し、$M_S$と観測可能なシグネチャを結びつける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 微調整を必要とせず、分裂超対称性において観測されたダークエネルギー密度を自然に再現できるか？
• RQ2 縮退した真空を持つノスケール超重力理論モデルにおいて、観測された宇宙定数を再現する超対称性の破れスケール$M_S$は何か？
• RQ3 追加のベクトルレプトン的$5+\bar{5}$多重項の導入が、予測される$M_S$スケールにどのように影響を与えるか？
• RQ4 グルーギノの寿命が、この枠組みにおいて超対称性の破れスケールをプローブする手段として機能できるか？
• RQ5 隠れた領域が超対称性を破る場合、可視領域における非摂動的QCDダイナミクスが、観測と整合する真空エネルギーを生成するか？

主な発見

• 最小限の分裂超対称性モデルにおいて、超対称性の破れスケールが$M_S \sim 10^{10}\,\text{GeV}$のとき、観測されたダークエネルギー密度が再現される。
• $M_g = 500\,\text{GeV}$の場合、モデルは$M_S \approx 3 \times 10^{10}\,\text{GeV}$を予測するが、$M_g = 2500\,\text{GeV}$の場合は$M_S \approx 2 \times 10^9\,\text{GeV}$に低下し、$\alpha_3(M_Z)$に依存する。
• 追加の$5+\bar{5}$多重項1ペアの導入により、$M_S \simeq 1\,\text{TeV}$でも宇宙定数を再現可能になる。
• $M_S$が$2 \times 10^9$から$3 \times 10^{10}\,\text{GeV}$の範囲にある場合、グルーギノの寿命は1秒から$2 \times 10^8$秒（約1000年）の間で変動する。
• 超対称性を保つ真空と超対称性が破れる真空の間の縮退を保証することで、このモデルは木レベルで複数の点原理（MPP）を自然に実現し、追加の微調整を必要としない。
• 宇宙定数は$\Lambda \simeq \Lambda_{SQCD}^4$として生成され、ここで$\Lambda_{SQCD}$は第二の真空における強い相互作用のスケールであり、両相間でのゲージカップリングのマッチングによって決定される。