[論文レビュー] Tasi lectures: weak scale supersymmetry - a top-motivated-bottom-up approach

Gordon Kane|ArXiv.org|Feb 19, 2002

International Science and Diplomacy参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、弱スケール超対称性のボトムアップ的でトップ駆動のアプローチを提示し、最小超対称標準模型（MSSM）のラグランジアンを導出し、コライダーのデータとプランクスケールの理論を結ぶ鍵をなすソフト対称性破れパラメータ（$L_{\text{soft}}$）に焦点を当てる。$L_{\text{soft}}$ パラメータの測定が、フレーバー構造や位相を含む理論の検証に不可欠であり、また、弦理論や統一理論の探査への実用的道筋を提供すると主張する。

ABSTRACT

Introduction, Perspective - since particle physics beyond the SM is presently in an incoherent state, with lots of static, a long introduction is needed, including some history of the supersymmetry revolutions, physics not described by the SM, indirect evidence for low energy supersymmetry and how flavor physics should be approached. Derive the supersymmetric Lagrangian - the superpotential W. Soft supersymmetry breaking - underlying physics - the general soft-breaking Lagrangian - the MSSM. The μopportunity - R-parity conservation. Count of parameters - constraints - measuring the parameters. Connecting the weak and unification scale. Derivation of the Higgs mechanism - in what sense does supersymmetry explain the Higgs physics. The Higgs spectrum - anβ, Yukawa couplings, constraints. LEP Higgs physics - Tevatron Higgs physics can confirm the Higgs mechanism and coupling proportional to mass - measurements in the Higgs sector. gluino, Neutralino, Chargino - cannot in general measure anβat hadron colliders. Effects of soft phases - all observables, not only CPV ones, g-2, EDMs, gluino phase, LSP CDM, possible connections to stringy physics. Phase structure of simple D-brane models. Tevatron superpartner searches, signatures. Extensions of the MSSM. The importance of low scale supersymmetry is not only that we learn of another profound aspect of our world, but also to provide a window to Planck scale physics, in order to connect string theory and our world.

研究の動機と目的

• コライダー、希少崩壊、およびダークマター研究からの実験的データに基づいて、弱スケール超対称性を理解するためのフレームワークを確立すること。
• 低エネルギーの観測量と高エネルギー物理を結ぶ中心的役割を果たすソフト対称性破れラグランジアン（$L_{\text{soft}}$）を特定すること。
• 特にフレーバーおよびCP対称性破れ領域において、$L_{\text{soft}}$ パラメータを実験的データから一意に測定するという課題に対処すること。
• $L_{\text{soft}}$ パラメータが、ヤクバイ結合の直接計算を必要とせずに、弦理論やM理論のコンパクト化を検証する手がかりとなる方法を探索すること。
• 追加のU(1)対称性、D項、プランクスケールのオペレーターを含む、柔軟で恣意的でないMSSMの拡張を提唱すること。

提案手法

• 超電位 $W$ を用いて超対称ラグランジアンを導出し、ゲージ不変性と低エネルギーにおける超対称性を保つようにソフト対称性破れ項 $L_{\text{soft}}$ を構成する。
• 反相関群方程式（RGEs）を用いて、弱スケールから統一スケールへパラメータを発展させ、大統一理論や弦理論との比較を可能にする。
• 電弱対称性の spontaneously broken 機構をテストするため、ヒッグス系、特に $\tan\beta$、ヤクバイ結合、およびLEPとテバトロンのデータからの制約を分析する。
• ミッシングトランスバースエネルギー、マルチレプトン／ジェット最終状態などのハドロンコライダーにおけるシグネチャを検討し、超対称粒子の検出と $L_{\text{soft}}$ の推定を試みる。
• ソフト対称性破れ位相が、$g_\mu - 2$ や電気双極子モーメント（EDMs）、LSPダークマターといった観測量に与える影響を検討し、パラメータ空間の制約を求める。
• $L_{\text{soft}}$ パラメータがヤクバイ結合よりも測定可能で検証可能であり、弦コンパクト化と超対称性破れの探査への実用的ルートを提供すると主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コライダーのデータ、希少崩壊、およびダークマター探索から、ソフト対称性破れラグランジアン（$L_{\text{soft}}$）のパラメータを一意に測定する方法は何か？
• RQ2 $L_{\text{soft}}$ におけるフレーバー構造の役割は何か？ また、異なる超対称性破れメカニズムを区別するための実験的プローブは何か？
• RQ3 ソフト対称性破れ位相は、CP対称性破れ過程にとどまらず、$g_\mu - 2$ やEDMs、LSPダークマターといった観測量にどのように影響を与えるか？ これにより、基礎理論に何が示唆されるか？
• RQ4 $L_{\text{soft}}$ が低エネルギーにおける超対称性とプランクスケールの物理、特に弦理論やM理論の間を橋渡しする方法は何か？
• RQ5 追加のU(1)対称性、D項、プランクスケールのオペレーターを含むMSSMの拡張を、恣意的な関係を課さずに一貫して組み込む方法は何か？

主な発見

• ソフト対称性破れラグランジアン $L_{\text{soft}}$ は、弦理論を含む高エネルギー物理と実験的データを結ぶ最も現実的な観測フレームワークであると特定された。
• 超対称粒子の発見後、ソフト対称性破れパラメータ（スカラー質量、ゲージノ質量、三線形結合定数など）の測定が、超対称性実験の主な挑戦と目標となるだろう。
• ソフト対称性破れ位相は、CP対称性破れの観測量にとどまらず、$g_\mu - 2$、EDMs、LSPダークマターにも影響を与え、基礎理論の複数のプローブを提供する。
• ヒッグス系、特に $\tan\beta$ とヤクバイ結合は、LEPとテバトロンのデータによって制約を受けており、その測定はヒッグス機構と超対称性結合の確認を可能にする。
• テバトロンと将来のコライダーは、ミッシングエネルギーとマルチレプトン／ジェット最終状態を介して超対称のシグネチャを検出可能であるが、その解釈には $L_{\text{soft}}$ パラメータの包括的フィッティングが不可欠である。
• 追加のU(1)対称性やD項を含むMSSMの拡張は、スカラー質量や中性ノイドの性質を顕著に変化させるため、バイアスを避けるために分析に組み込む必要がある。