[论文解读] A string theoretic model of gauge mediated supersymmetry beaking

Mirjam Cvetič, Timo Weigand|ArXiv.org|Jul 25, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 19

一句话总结

本文提出了一种基于D-brane与D-instanton的I型弦理论框架下的规范介导超对称性自发破缺（GMSB）模型。通过来自大质量弦态的树图四次超势能项，稳定了Polonyi场，从而实现了稳健的TeV尺度软质量——该机制在全局一致的SU(5) GUT模型中得到验证，其中D1-instanton在所需层级尺度下生成了Polonyi项。

ABSTRACT

We propose a robust supergravity model of dynamical supersymmetry breaking and gauge mediation, and a natural embedding in non-perturbative string theory with D-branes. A chiral field (and its mirror) charged under "anomalous" U(1)'s acts as a Polonyi field whose hierarchical Polonyi-term can be generated by string instantons. Further quartic superpotential terms arise naturally as a tree-level decoupling effect of massive string states. A robust supersymmetry breaking minimum allows for gauge mediation with soft masses at the TeV scale, which we realise for a globally consistent SU(5) GUT model of Type I string theory, with a D1-instanton inducing the Polonyi term.

研究动机与目标

• 构建一个稳健的、基于弦理论的规范介导超对称性自发破缺（GMSB）模型，实现在TeV尺度的动态稳定软质量。
• 解决在弦紧化中生成Polonyi场小而层级化的真空期望值的挑战。
• 在具有D-brane与D-instanton的I型弦理论紧化中，嵌入Polonyi机制。
• 证明来自大质量弦态的四次超势能项可稳定Polonyi场，避免依赖圈图修正。
• 在满足非微扰瞬子效应与D项约束的前提下，实现一个具有SU(5)规范群与可见 sector 场的可行GUT模型。

提出的方法

• 该模型采用一个隐藏 sector，包含一个大质量U(1)×U(1)规范群，以及一个在异常U(1)下带荷的双fundamental 超多重态S与S̃。
• 通过一个包裹刚性P¹循环的D1-instanton生成Polonyi项μ²S，其瞬子作用被循环体积与弦耦合常数抑制。
• 通过积分掉质量为M ≈ Ms的高能弦态，产生树图四次超势能项S²S̃²/M，其中M由重态的耦合与质量标度决定。
• 假设Kähler势能为最小形式（K = |S|² + |S̃|² + |q|² + |q̃|²），避免产生不稳定修正。
• 通过一个在可见规范群下为矢量对称对的荷励子对q, q̃实现与可见 sector 的耦合，从而实现一阶圈图规范介导。
• 在dP₄上的椭圆纤维化空间上构建了一个全局一致的SU(5) GUT模型，其中D9-branes与D5-branes满足tadpole抵消与K-theory约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构建一个弦论框架下的GMSB模型，使得Polonyi场由树图四次超势能项稳定，而非依赖圈图修正？
• RQ2 在具有D-brane与D-instanton的全局一致I型弦紧化中，如何生成具有正确层级抑制尺度的非微扰Polonyi项μ²S？
• RQ3 D-instanton生成具有正确抑制尺度的Polonyi项所需满足的几何与规范理论条件是什么，以实现TeV尺度的软质量？
• RQ4 能否在此框架中嵌入一个一致的SU(5)大统一理论，同时满足D项与tadpole抵消条件？
• RQ5 大质量弦态在生成必要四次超势能项中起什么作用？结果对这些态的质量标度M的敏感性如何？

主要发现

• Polonyi项μ²S由一个包裹除子π*E₄中刚性P¹循环的D1-instanton生成，其瞬子作用被体积Vol(C) ≈ 2.63抑制。
• 当弦耦合常数gs ≈ 0.4且瞬子体积Vol(C) ≈ 2.63时，实现了所需的抑制标度μ² ≈ 10⁻²⁰（以普朗克单位计）。
• 具有M ≈ Ms（弦尺度）的四次超势能项S²S̃²/M可将Polonyi场S稳定在层级化的VEV，从而实现稳健的GMSB与TeV尺度软质量。
• 在SU(5) GUT模型中，当特定Kähler模数取值如r₄ = -2.63时，D项条件在Kähler锥内得以满足。
• 规范动能函数f = f̃/(2πgs)给出αGUT ≈ 0.03，略低于期望的统一值，但与所需瞬子体积一致。
• 该模型实现了最小的(S, S̃)对，每个U(1)规范群恰好对应一个带荷费米子零模，确保了非微扰超势能的正确结构。