[论文解读] Constrained Standard Model from Extra Dimension

Yasunori Nomura|ArXiv.org|May 13, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文提出一个在TeV尺度额外维度的5D时空中的约束标准模型，其中规范场论的超对称性通过紧化而非隐藏扇区实现自发破缺。希格斯质量是有限且可计算的，由紧化半径R决定，预测的物理希格斯玻色子质量为127 ± 8 GeV，最轻的超对粒子（顶夸克伴子）质量为197 ± 20 GeV。

ABSTRACT

A five dimensional supersymmetric model is constructed which reduces to the one Higgs-doublet standard model at low energies. The radiative correction to the Higgs potential is finite and calculable, allowing the Higgs mass prediction of 127 \pm 8 GeV. The physical reasons for this finiteness are discussed in detail. The masses of the superparticles and the Kaluza-Klein excitations are also predicted. The lightest superparticle is a top squark of mass 197 \pm 20 GeV.

研究动机与目标

• 在不依赖隐藏扇区实现超对称性破缺的前提下，解决标准模型中的层次问题。
• 构建一个超对称标准模型的扩展，使得希格斯质量的辐射修正为有限且可计算。
• 实现仅有一个自由参数（紧化半径R）的约束希格斯规范场，消除任意参数。
• 提供一个现实且可预测的电弱对称性破缺模型，其希格斯玻色子质量可计算。

提出的方法

• 在半径为R的圆上紧化一个5D ${\cal N}=1$ 超对称理论。
• 通过轨道化 $S^1/(Z_2 \times Z_2')$ 将5D超对称性在固定点处破缺为4D ${\cal N}=1$ 超对称性。
• 从5D理论推导出希格斯势能，其中树图阶势能由规范耦合常数唯一确定：$V_{h,{\rm tree}} = \frac{g^2 + g'^2}{8}|h|^4$。
• 通过涉及Kaluza-Klein模态的圈图计算希格斯质量的辐射修正，由于超对称性破缺的非局部性，这些修正为有限。
• 利用希格斯真空期望值与弱能标一致的条件，确定紧化半径R。
• 施加非局部破缺超对称性的边界条件，确保希格斯质量无局部反项，从而保证量子修正的有限性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不使用隐藏扇区实现超对称性破缺的前提下，构建标准模型的超对称扩展？
• RQ2 在通过紧化实现超对称性破缺的5D额外维度模型中，是否可能实现有限且可计算的希格斯质量？
• RQ3 能否将希格斯规范场约束为仅一个希格斯双态，且除紧化半径R外无其他自由参数？
• RQ4 此类模型中，希格斯势能和质量结构如何依赖于额外维度的半径R？
• RQ5 由此产生的超对粒子谱，特别是最轻的超对粒子，其现象学特征是什么？

主要发现

• 紧化半径确定为 $1/R = (1+z)(352 \pm 20)~{\rm GeV}$，其中 $|z| \lesssim 0.2$。
• 物理希格斯玻色子质量预测为 $m_{{\rm phys},h} = 127 \pm 8~{\rm GeV}$，与观测值一致。
• 最轻的超对粒子为顶夸克伴子，质量为 $m_{\tilde{t}_{-}} = 197 \pm 20~{\rm GeV}$，可能在未来的直线对撞机中被探测到。
• 由于通过紧化实现的非局部超对称性破缺，希格斯质量的辐射修正为有限且可计算，从而消除了二次发散。
• 树图阶希格斯势能完全由规范耦合常数决定，除R外无其他自由参数，因而模型具有高度约束性。
• 该模型避免了对软超对称性破缺参数的需求，为电弱对称性破缺提供了一个可预测的框架。