[论文解读] Ineffective Supersymmetry: Electroweak Symmetry Breaking from Extra Dimensions

Neal Weiner|ArXiv.org|Jun 1, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 25被引用 6

一句话总结

本文提出了一种在具有大额外维度和五维超对称性的模型中实现电弱对称性自发破缺（EWSB）的机制，其中由于超对称性破缺与汤川耦合相互分离，导致希格斯质量对紫外（UV）物理不敏感，从而保持有限。关键结果是希格斯软质量可被精确计算且有限，从而减少精细调节，并允许希格斯玻色子质量较重，但在精确电弱测量中表现得如同轻希格斯玻色子，这是由于高维算符被抑制所致。

ABSTRACT

Recently, a mechanism for electroweak symmetry breaking (EWSB) was discussed, in which the scale of EWSB is set by the scale of an additional dimension R ~ Tev^-1. The mechanism involves supersymmetry, but broken in such a fashion that high (four-dimensional) momentum loops are cut off by the finite size of the radius. In a Kaluza-Klein decomposition, a hard cutoff seems to give a strong cutoff dependence, while summing the entire tower is not only cutoff insensitive, but actually finite. Such behavior is easily understood in a formulation that respects five-dimensional locality. Finally, we note that certain models of this type naturally give operators which can ``fake'' the presence of a light Higgs in precision electroweak observables.

研究动机与目标

• 通过提供一种电弱对称性自发破缺机制，解决大额外维度理论中的层次问题。
• 解决大额外维度模型中缺乏自然电弱对称性自发破缺机制的问题，否则这些模型无法解释弱能标。
• 表明五维超对称性结合局域化或Scherk-Schwarz机制的超对称性破缺，可导致希格斯软质量有限，从而减少精细调节。
• 探索其现象学后果，包括超对称粒子质量较重，以及一个可能较重的希格斯玻色子在精确测量中表现得如同轻希格斯玻色子。

提出的方法

• 引入一个大小为 R⁻¹ ~ TeV 的第五维，规范场和物质场均在此维度中传播。
• 将汤川耦合局域在“汤川膜”上，将超对称性破缺局域在另一“超对称性破缺膜”上，或通过Scherk-Schwarz机制实现。
• 利用Kaluza-Klein模式分解，将5D理论描述为4D状态的无限谱塔，其质量谱由紧凑维度中的动量决定。
• 利用高动量圈图无法同时探测汤川耦合与超对称性破缺区域的特性，从而实现希格斯软质量的紫外有限性。
• 采用次最小超势，引入一个单态场 S，通过其软质量生成 μ 项，该软质量在跑动中被驱动为负值。
• 通过体积因子（1/2πR）抑制危险的非微扰算符，使其自然地弱于希格斯-门户算符。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不进行精细调节的情况下，在大额外维度模型中自然实现电弱对称性自发破缺？
• RQ2 五维超对称性结合分离的汤川耦合与超对称性破缺区域，如何导致希格斯软质量有限？
• RQ3 此类模型的现象学特征是什么，特别是超对称粒子质量和希格斯玻色子性质如何？
• RQ4 由于算符抑制，一个较重的希格斯玻色子是否可能在精确电弱可观测量中表现得如同轻希格斯玻色子？
• RQ5 额外维度的体积在抑制危险的味改变和精确电弱算符方面起什么作用？

主要发现

• 由于汤川耦合与超对称性破缺相互作用在动量空间中实现解耦，希格斯软质量在紫外区域是有限的，从而消除了精细调节的需要。
• 该模型实现了自然的电弱对称性自发破缺，即使超对称粒子位于TeV能标，希格斯质量仍为可计算的有限值。
• 希格斯ino 可以是次轻的超对称粒子（NLSP），而引力子是LSP（在局域化超对称性破缺下），从而可通过胶球衰变实现新型希格斯玻色子产生机制。
• 一个较重的希格斯玻色子（M_H > 140 GeV）由于危险的非微扰算符被 1/(2πR) 因子抑制，可在精确电弱测量中表现得如同轻希格斯玻色子。
• 仅涉及规范场与希格斯场的算符未被抑制，能正确重现四维规范耦合常数，使该模型即使在希格斯玻色子较重的情况下仍可通过精确电弱测试。
• 该模型通过一个单态场 S 自然生成 μ 项，其软质量在跑动中被驱动为负值，从而避免了对基本 μ 参数的需求。