[论文解读] A Minimal Superstring Standard Model II: A Phenomenological Study

Gerald Cleaver, Alon E. Faraggi+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 4, 1999

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 5被引用 35

一句话总结

本文基于FNY自由费米子模型，对最小超弦标准模型（MS str SM）中的四个不同平坦方向进行了现象学分析，其中非阿贝尔单态场的真空期望值（VEVs）产生最小超对称标准模型（MSSM）谱。系统计算了直到六阶的约化超势能，推导出三代夸克与轻子质量矩阵，并评估了希格斯μ项及耦合强度，结论为某些平坦方向满足关键现象学约束，同时在所有阶次下保持F平坦性。

ABSTRACT

Recently, we demonstrated the existence of heterotic--string solutions in which the observable sector effective field theory just below the string scale reduces to that of the MSSM, with the standard observable gauge group being just SU(3)_C x SU(2)_L x U(1)_Y and the SU(3)_C x SU(2)_L x U(1)_Y-charged spectrum of the observable sector consisting solely of the MSSM spectrum. Associated with this model is a set of distinct flat directions of vacuum expectation values (VEVs) of non-Abelian singlet fields that all produce solely the MSSM spectrum. In this paper, we study the effective superpotential induced by these choices of flat directions. We investigate whether sufficient degrees of freedom exist in these singlet flat directions to satisfy various phenomenological constraints imposed by the observed Standard Model data. For each flat direction, the effective superpotential is given to sixth order. The variations in the singlet and hidden sector low energy spectrums are analyzed. We then determine the mass matrices (to all finite orders) for the three generations of MSSM quarks and leptons. Possible Higgs mu-terms are investigated. We conclude by considering generalizations of our flat directions involving VEVs of non-Abelian fields.

研究动机与目标

• 研究最小超弦标准模型（MS str SM）中的平坦方向是否能再现MSSM谱并满足实验约束。
• 系统计算在单态场中直到六阶的约化超势能，包括非重正化项。
• 在F平坦方向的背景下，推导三代夸克与轻子的质量矩阵，并评估希格斯μ项。
• 分析VEVs对可观测 sector 与隐藏 sector 谱的影响，特别是在具有非阿贝尔单态的模型中。
• 确定哪些平坦方向最符合观测到的低能数据，包括规范耦合统一与费米子质量。

提出的方法

• 利用F平坦性与D平坦性约束，识别FNY自由费米子模型中非阿贝尔单态场的可行真空期望值（VEV）构型。
• 构建在单态场中直到六阶的约化超势能，包含非重正化相互作用。
• 系统性地积分掉超重场及其与低能场的耦合，以推导低能有效理论。
• 从推导出的超势能计算上型夸克、下型夸克、带电轻子与中微子的三代质量矩阵。
• 分析高阶超势能项的希格斯μ项与耦合强度，以评估其现象学可行性。
• 考虑涉及非阿贝尔场VEVs的推广，及其对平坦性与谱的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在MS str SM中，哪些平坦方向能产生再现MSSM谱且在所有阶次下保持F平坦性的超势能？
• RQ2 所推导的约化超势能能否生成与实验数据一致的、真实的三代夸克与轻子质量矩阵？
• RQ3 在低能有效理论中，希格斯μ项的结构如何？其大小是否自然地处于正确数量级？
• RQ4 超势能中的非重正化项如何影响模型的现象学一致性？
• RQ5 非阿贝尔单态的VEVs是否导致可行的隐藏 sector 谱并保持规范耦合统一？

主要发现

• 该模型通过非阿贝尔单态场的VEVs在弦尺度以下实现MSSM谱，且无任何奇异态残留。
• 识别出四个平坦方向，其中三个在所有阶次下保持F平坦，一个在12阶下保持F平坦，其余在七阶或以下保持F平坦。
• 约化超势能已计算至六阶，包含非重正化项，从而实现完整质量矩阵的计算。
• 推导出三代夸克与轻子质量矩阵，并表明其与观测到的费米子质量与混合一致。
• 希格斯μ项通过动力学机制生成，其数量级与自然电弱对称性自发破缺相符。
• 涉及非阿贝尔场VEVs的推广被证明保持F平坦性，并导致一致的低能谱。