[论文解读] Cosmological Supersymmetry Breaking and the Power of the Pentagon: A Model of Low Energy Particle Physics

T. Banks|ArXiv.org|Oct 12, 2005

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 10被引用 19

一句话总结

该论文提出“五边形”模型，一种通过具有单态场 S 和 T 的强耦合规范部门实现宇宙超对称性自发破缺（CSB）的低能有效理论。该模型实现了自然的电弱对称性自发破缺，预测 tanβ ≈ 1，并生成一个可能解决强CP问题的TeV尺度轴子样粒子——尽管实验约束要求将规范尺度微调至约3 TeV以避免被排除。

ABSTRACT

I present a low energy Lagrangian implementing the idea of Cosmological SUSY breaking (CSB). The model predicts ${ m tan}β\sim 1$, and incorporates a new mechanism for breaking of $SU(2) imes U(1)$. The Higgs mass is determined by new physics and can evade the bounds of the MSSM. The model resolves the CP and flavor problems of SUSY. The up quark mass is non-vanishing. An axion-like particle, with TeV scale decay constant, appears inevitably. Such a particle is experimentally ruled out if it has conventional QCD axion couplings. The problem {\it may} be avoided by adding dimension 5 operators, which explicitly break the axial symmetry, but this probably introduces a strong CP problem.

研究动机与目标

• 构建一个可行的低能有效场论，实现宇宙超对称性自发破缺（CSB），且不依赖R对称性破缺。
• 通过强耦合规范部门的新机制，解决超对称模型中的强CP问题与味/CP问题。
• 生成一个TeV尺度的轴子样粒子，可能解决强CP问题，同时通过维度5算符显式对称性破缺避免实验排除。
• 探讨该模型作为动力学超对称性破缺（DSB）或CSB的双重诠释，并评估其现象学后果。
• 研究该模型中宇宙学常数的人类中心论约束，将其观测值与恒星与星系的稳定性联系起来。

提出的方法

• 引入一个强耦合规范理论 G，其物质场变换于SM量子数，与一个单态的复超多重态 G 及两个R荷为2的单态 S 和 T 相耦合。
• 通过涉及宇宙学常数 λ 的非微扰超势项实现CSB，生成一个在 G ~ M 处具有最小值的有效势，从而动态地破缺超对称性。
• 利用 G 的强动力学产生的反Kähler度量 K^{GḠ}，将超对称性破缺传递至可见 sector。
• 通过加入常数项调节超势，使低能宇宙学常数等于观测值 λ，确保 de Sitter 真空具有亚稳态。
• 通过引入 F-项与 D-项分析希格斯 sector，表明希格斯质量通过 F-项与 D-项贡献的组合被稳定，且 D-项最小化强制 tanβ ≈ 1。
• 考虑轴规范对称性产生的伪Nambu-Goldstone玻色子（PNGB），其作为QCD轴子发挥作用；其质量通过维度5算符被提升，以避免实验排除。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不依赖R对称性破缺或基本R荷为2的场的前提下，构建一个实现宇宙超对称性自发破缺（CSB）的低能有效场论？
• RQ2 如何在不引入传统QCD轴子或无质量上夸克的前提下解决强CP问题？
• RQ3 在五边形模型中，PNGB的作用是什么？其质量能否被足够提升以避开实验限制，同时仍作为强CP问题的可行解？
• RQ4 规范尺度 M、宇宙学常数 λ 与电弱尺度 v = 250 GeV 之间的相互作用如何在现象学上约束该模型？
• RQ5 考虑到其对核物理与恒星物理的影响，人类中心论推理能否解释该模型中宇宙学常数的观测值？

主要发现

• 该模型通过强耦合规范部门 G 实现宇宙超对称性自发破缺，R对称性在基本层次上被保留，避免了对基本R荷为2场的需求。
• 由于 F-项与 D-项的最小化，希格斯 sector 实现了 tanβ ≈ 1，且当 Λ₅ = 3 TeV 时，电弱尺度通过约1%的微调稳定在 v = 250 GeV。
• 一个TeV尺度的轴子样粒子作为轴规范对称性产生的PNGB出现，若其耦合通过维度5算符被修改，则可能解决强CP问题。
• 通过维度5算符的显式破缺，轴子质量可被提升至约1 TeV，避免实验排除，但要求将规范尺度微调至约3 TeV。
• 该模型预测宇宙学常数 λ 必须在普朗克单位下微调至约 10⁻¹²⁰，而恒星与星系稳定性的自然人择约束可能将其限制在观测值的若干数量级范围内。
• 该模型具有双重诠释：作为具有亚稳SUSY破缺真空的CSB模型，或作为具有低能轴子的DSB模型，其关键区别在于轴子质量的起源。