[论文解读] A New Gauge Mediation Theory

I. Antoniadis, Karim Benakli+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用 21

一句话总结

该论文提出了一种新颖的规范介导超对称模型，其规范与希格斯 sector 均具有 $N=2$ 超对称性，通过一个隐蔽 $U(1)$ 的 $D$-项实现超对称性破缺，从而产生狄拉克型规范伴子质量。该模型预测存在第三种带电sparticle，且最轻的希格斯粒子与标准模型类似，从而在低 $\tan\beta$ 区域减少了精细调节问题，且可通过膜构造在弦理论中实现自然的紫外完成。

ABSTRACT

We propose a class of models with gauge mediation of supersymmetry breaking, inspired by simple brane constructions, where R-symmetry is very weakly broken. The gauge sector has an extended N=2 supersymmetry and the two electroweak Higgses form an N=2 hypermultiplet, while quarks and leptons remain in N=1 chiral multiplets. Supersymmetry is broken via the D-term expectation value of a secluded U(1) and it is transmitted to the Standard Model via gauge interactions of messengers in N=2 hypermultiplets: gauginos thus receive Dirac masses. The model has several distinct experimental signatures with respect to ordinary models of gauge or gravity mediation realizations of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). First, it predicts extra states as a third chargino that can be observed at collider experiments. Second, the absence of a D-flat direction in the Higgs sector implies a lightest Higgs behaving exactly as the Standard Model one and thus a reduction of the `little' fine-tuning in the low tan(beta) region. This breaking of supersymmetry can be easily implemented in string theory models

研究动机与目标

• 构建一个具有最小 flavor 破坏的规范介导超对称性破缺模型，并在弦理论中实现自然的紫外完成。
• 通过确保软项为 flavor 无关，避免产生大的 FCNC 贡献，解决超对称 flavor 问题。
• 实现 $R$-对称性仅被弱破缺的场景，从而保留关键的理论优势。
• 通过 $N=2$ 向量 multiplet 中的 $D$-项破缺，提供生成狄拉克型规范伴子质量的机制。
• 研究真空的宇宙学稳定性，特别是标量势中从局部最小值到全局最小值的隧穿率。

提出的方法

• 在 $T^6$ 上的 II 型弦紧化中采用膜构造，其中 SM 规范与希格斯 sector 来自两端位于同一组膜上的弦，从而保持 $N=2$ SUSY。
• 引入一个隐蔽的 $U(1)$ 规范 sector，其 $D$-项真空期望值通过隐藏 sector 中的 $D$-项实现超对称性破缺，同时保持 $R$-对称性。
• 采用 $N=2$ 超多重态中的信使场，其同时耦合至隐藏 $U(1)$ 和 SM 规范群，通过规范相互作用传递超对称性破缺。
• 推导出有效超势项：$(1/M)\bar{X} \text{Tr} W^\beta W_\beta$ 和 $(1/M^2)\bar{X}X \tilde{Q}^\beta \tilde{Q}_\beta$，分别生成规范伴子质量与标量费米子质量。
• 利用欧氏空间中的瞬子方法分析真空稳定性，将势能近似为沿 $\text{Re}(\bar{\theta}^2 \theta^2)$ 的一维问题，采用 $O(4)$ 对称的瞬子解。
• 通过欧氏作用量 $S_4 \to \text{const} \times (M^4 / D^2)$ 评估隧穿率，其中 $M$ 为信使质量，$D$ 为 $D$-项，并利用 $O(3)$ 对称解计算有限温度修正。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在隐蔽 $U(1)$ sector 中通过 $D$-项破缺实现超对称性破缺，同时保持 $R$-对称性？
• RQ2 具有 $N=2$ SUSY 的希格斯与规范 sector 及狄拉克型规范伴子质量的模型，其现象学特征是什么？
• RQ3 该模型的真空稳定性如何依赖于参数 $M$ 与 $D$，特别是在虚假真空衰变背景下？
• RQ4 该模型能否通过相交膜构造在弦理论中自然实现？
• RQ5 该机制对 Higgs sector 的精细调节，特别是在低 $\tan\beta$ 区域的影响如何？

主要发现

• 该模型由于狄拉克型规范伴子质量的存在，预测存在第三种带电sparticle，这是传统 GMSB 模型中所不具备的独特对撞机信号。
• 希格斯 sector 中不存在 $D$-平坦方向，确保最轻的希格斯粒子与标准模型希格斯粒子行为完全一致，从而在低 $\tan\beta$ 区域减少了精细调节问题。
• 真空为亚稳态，隧穿率由欧氏作用量 $S_4 \to \text{const} \times (M^4 / D^2)$ 抑制，其中常数项为 $\text{const} \times (M^2 / D)^2$，且 $\text{const} \to \text{数量级 } 10^3$。
• 有限温度修正导致热作用量 $S_3(T)/T \to \text{const} \times (M^2 / D)^2$，其数量级与零温结果相当，表明衰变过程受到稳健抑制。
• 该模型可通过在六维环面上的相交膜构造在弦理论中实现紫外完成，其中信使与希格斯为 $N=2$ 超多重态，夸克与轻子为 $N=1$。
• $R$-对称性仅被弱破缺，因为金斯蒂诺来自隐藏 $U(1)$ 的规范伴子，而复超多重态 $X$ 的 $F$-项负责超对称性破缺。