[论文解读] Supersymmetry and Supergravity: Phenomenology and Grand Unification

R. Arnowitt, Pran Nath|ArXiv.org|Sep 16, 1993

Earth Systems and Cosmic Evolution被引用 5

一句话总结

本文在大统一理论框架下，对超对称性和超引力进行了全面综述，重点讨论了最小超对称标准模型（MSSM）、辐射电弱对称性自发破缺、质子衰变以及宇宙学约束。文章提出了基于超引力的大统一模型的关键预测，包括规范耦合统一和超对称性破缺机制，尽管推导过程有限，但仍提供了该领域的实用知识。

ABSTRACT

A survey is given of supersymmetry and supergravity and their phenomenology. Some of the topics discussed are the basic ideas of global supersymmetry, the minimal supersymmetric Standard Model (MSSM) and its phenomenology, the basic ideas of local supersymmetry (supergravity), grand unification, supersymmetry breaking in supergravity grand unified models, radiative breaking of $SU(2) imes U(1)$, proton decay, cosmological constraints, and predictions of supergravity grand unified models. While the number of detailed derivations are necessarily limited, a sufficient number of results are given so that a reader can get a working knowledge of this field.

研究动机与目标

• 为高能现象学领域的研究人员提供超对称性和超引力的入门教学介绍。
• 探讨最小超对称标准模型（MSSM）及其在大统一理论（GUTs）中的嵌入所具有的现象学意义。
• 研究基于超引力的大统一模型中超对称性破缺的机制。
• 分析超引力GUT情景下的宇宙学约束和质子衰变预测。
• 呈现关键结果，如MSSM中SU(2)×U(1)的辐射对称性破缺和规范耦合统一。

提出的方法

• 本文采用现象学方法，侧重于物理直觉而非详尽的数学推导。
• 以最小超对称标准模型（MSSM）为框架，研究超对称性现象学。
• 通过局域超对称（超引力）描述在GUT背景下的动力学超对称性破缺。
• 通过MSSM中一阶量子修正的有效势计算，研究电弱对称性的辐射破缺。
• 在超对称扩展的SU(5)和SO(10)大统一模型背景下，估算质子衰变速率。
• 通过轻希格斯希格斯粒子（LSP）的遗迹密度评估宇宙学约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 最小超对称标准模型（MSSM）如何实现电弱对称性的辐射破缺？
• RQ2 超引力对大统一理论中的超对称性破缺有何影响？
• RQ3 超对称GUT中的质子衰变速率与实验极限相比如何？
• RQ4 轻希格斯希格斯粒子（LSP）的稳定性和遗迹丰度引出了哪些宇宙学约束？
• RQ5 规范耦合在超对称大统一模型中在多大程度上实现统一？

主要发现

• MSSM通过一阶量子修正对希格斯势的修正，实现了电弱对称性的辐射破缺，从而导致电弱尺度下合理的质量。
• 在超引力GUT模型中，超对称性破缺通过超希格斯机制实现，引力微子作为金斯托因（goldstino）的伴随粒子。
• 在超对称扩展的SU(5) GUT中，质子衰变的寿命预测为10^30–10^34年量级，具体取决于GUT尺度和超对称性破缺尺度。
• 宇宙学约束支持最轻的超对称粒子（LSP）为弱相互作用大质量粒子（WIMP），与冷暗物质一致。
• MSSM中规范耦合在约10^16 GeV的尺度下实现统一，支持大统一理论的观点。
• 该模型预测超对称伙伴粒子的质量谱在TeV量级，早期1990年代的对撞机实验可探测到。