[論文レビュー] From Strings to the LHC. Les Houches Lectures on String Phenomenology

Luis E. Ibáñez|arXiv (Cornell University)|Apr 24, 2012

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 37被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、D7-braneおよびフラックスを伴うType IIB/F-theoryの compactification に基づくストリング効果的理論のフレームワークを提示し、低エネルギー有効場理論を導出し、半現実的な素粒子物理学をもたらす。放射的電弱対称性の破れ、実現可能なダークマター候補、および珍しいB中間子の崩壊（LHCbのデータも含む）からの制約が、125 GeV付近のヒッグス粒子質量を要求しており、これにより3 TeV付近のグルーコンと2 TeV付近のストップの予測可能なSUSYスペクトルが得られる。

ABSTRACT

These notes are based on lectures given at the Les Houches Summer School in 2011, which was centered on the general topic "Theoretical Physics to face the challenge of LHC". In these lectures I reviewed a number of topics in the field of String Phenomenology, focusing on orientifold/F-theory models yielding semi-realistic low-energy physics. The emphasis was on the extraction of the low-energy effective action and the possible test of specific models at LHC. These notes are a brief summary, appropriately updated, of some of the main topics covered in the lectures.

研究の動機と目的

• D-braneおよびフラックスを伴うType IIB/F-theoryの compactification から、半現実的な低エネルギー有効場理論を構築すること。
• 特にモジュール支配のシナリオにおいて、ストリング由来モデルの文脈でソフトSUSY破れ項を導出すること。
• LHCの制約、特にヒッグス粒子質量、珍しいB崩壊（Bs→μ⁺μ⁻）、およびダークマターの残存密度に対するこれらのモデルの妥当性を検証すること。
• ストリングcompactificationの幾何学的構造、フラックス、およびそれらがもたらす素粒子スピンの関係を調査すること。
• 放射的電弱対称性の破れとテードポール条件による異常キャンセレーションの両者とモデルの整合性を評価すること。

提案手法

• D7-braneおよび背景フラックスを伴うCalabi-Yau三重多様体上のType IIBオルビフォールドcompactificationを構築し、フェルミオンのカイラル性およびゲージセクターを生成すること。
• RR荷電のニュートラル化およびcompactified空間における異常キャンセレーションを保証するため、テードポールキャンセレーション条件を適用すること。
• モジュール支配の枠組みにおいて、ケーラー項および超ポテンシャルからソフトSUSY破れ項を導出する。パラメータとしてM、μ、ρHを用いる。
• 再正規化群方程式（RGEs）を用いて、ソフトパラメータを電弱スケールまでスケーリングダウンすること。
• 放射的電弱対称性の破れ（REWSB）、中性子の残存密度（WMAP）、およびLHCbによるBR(Bs→μ⁺μ⁻)の制約を課すこと。
• ミラー対称性およびT-dualityを用いて、異なるブレーン配置およびcompactification幾何学を関連させること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D-braneおよびフラックスを伴うType IIB/F-theoryの compactification から、カイラルフェルミオンおよび標準模型ゲージ群はどのようにして出現するか？
• RQ2 モジュール支配がストリング由来モデルにおけるソフトSUSY破れスペクトルに与える影響は何か？
• RQ3 大きなtanβとストップ混合を伴うF-theoryモデルで、観測された約125 GeVのヒッグス粒子質量が自然に実現可能か？
• RQ4 LHCによるBs→μ⁺μ⁻の分岐比およびダークマターの残存密度の制約が、妥当なパラメータ空間をどのように制限するか？
• RQ5 共存消滅機構（例：stau-中性子）が、正しいダークマター残存密度を達成するために果たす役割は何か？

主な発見

• LHCbによるBR(Bs→μ⁺μ⁻)の制約を満たすためには、約125 GeVのヒッグス粒子質量が必要であり、これはCMSおよびATLASの観測結果と整合的である。
• モデルはグルーコン質量が約3 TeV、ストップが約2 TeV、そして正しいダークマター残存密度を説明するstau-中性子共存消滅メカニズムを予測する。
• ソフト項から得られる大きなA項（A ≈ -2m）により、ストップ混合が顕著になり、これは最小モデルにおける典型的な115 GeVよりも高いヒッグス粒子質量をもたらす。
• 木レベルのヒッグス粒子質量を最大化し、REWSBおよびダークマターの制約を満たすため、高いtanβ ≈ 40が必要となる。
• 今後のLHCbの結果に敏感である：もしBR(Bs→μ⁺μ⁻)に標準模型からの逸脱が見つからない場合、現在の枠組みは、NMSSMに拡張されない限り、反証される可能性がある。
• スペクトルは非常に予測可能であり、ヒッグス粒子質量が125 GeVに固定されると、すべての squarkおよびゲージノが決定され、14 TeV、30 fb⁻¹の光度でLHCによる直接的検証が可能となる。