[论文解读] Decoupling heavy sparticles in hierarchical SUSY scenarios: Two-loop Renormalization Group equations

Carlos Tamarit|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用 7

一句话总结

本文推导了在 Split SUSY 和 Effective SUSY 情景下，通过积分掉重超荷粒子后得到的低能有效理论的两圈重整化群方程（RGEs），聚焦于仅含一个希格斯场的情形。通过实施一种物理的、质量依赖的截断方案，该工作解决了 $¯{\text{DR}}$ 方案中的微扰不稳定性问题——特别是导致第三代标量质量变为快子（tachyonic）的大对数修正——从而实现了可靠的、正向运行的超荷粒子质量，并扩展了轻量第三代超荷粒子在参数空间中的可行范围。

ABSTRACT

Two loop renormalization group equations for dimensionless as well as dimensionful parameters are obtained for the low energy theories that result from decoupling heavy scalar particles in Split SUSY and Effective SUSY scenarios, assuming that only a single Higgs field survives at low energy. For the Effective SUSY case two scenarios are considered: first, when the only light third generation scalars are the partners of the left-handed quark doublet and the right-handed top quark --which yields the minimal matter content compatible with naturalness-- and second, when all the scalars of the third generation are light. These beta functions implementing decoupling will be useful to avoid the problems of perturbation theory in the MSSM in a mass-independent scheme such as DR-bar when large hierarchies in the spectrum are present.

研究动机与目标

• 解决在超荷粒子之间存在大质量层级时，MSSM 在 $¯{\text{DR}}$ 方案下微扰理论失效的问题。
• 解决 MSSM 两圈 $¯{\text{DR}}$ RGE 中因大对数修正导致第三代标量质量变为快子的问题。
• 为 Split SUSY 和两种 Effective SUSY 变体在积分掉重超荷粒子后得到的低能有效理论，推导出 $¯{\text{MS}}$ 方案下的精确两圈 RGEs。
• 实现对包含轻量第三代超荷粒子的参数空间的可靠探索，特别是在自然性与 LHC 约束的背景下。

提出的方法

• 推导了在 Split SUSY 和两种 Effective SUSY 情景下，积分掉重超荷粒子后低能理论中无量纲和有量纲耦合的两圈 RGEs。
• 采用 $¯{\text{MS}}$ 方案，并对复费米子场和非对角味结构进行了恰当处理，其形式化方法基于先前的研究工作。
• 应用维度正则化框架，并处理由重粒子截断引起的有限阈值修正。
• 计算了规范耦合、Yukawa 耦合、四次耦合、费米子质量、标量质量、三线耦合以及希格斯异常维数的 beta 函数。
• 通过与现有文献对比验证了结果，并修正了早期的不一致之处，与独立计算在 Split SUSY 情况下完全一致。
• 实施了一种分步运行方案，对重粒子引起的巨大有限修正进行重求和，确保物理上的截断行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 SUSY 谱中存在大质量层级时，如何影响 $¯{\text{DR}}$ 方案下两圈 RGE 的可靠性？
• RQ2 在 Split SUSY 和 Effective SUSY 情景下，积分掉重超荷粒子后产生的低能有效理论的两圈 RGE 是什么？
• RQ3 重粒子引起的有限阈值修正在多大程度上扭曲了 MSSM 的 $¯{\text{DR}}$ 方案中标量质量的运行行为？
• RQ4 是否可以通过一种物理的、质量依赖的截断方案，稳定第三代标量质量的运行并防止非物理的快子行为？
• RQ5 与非截断的 MSSM $¯{\text{DR}}$ 运行相比，截断后的 RGE 流在标量质量演化和可行参数空间方面有何不同？

主要发现

• 成功推导并验证了 Split SUSY 和两种 Effective SUSY 情景（最小和完整第三代标量内容）的两圈 RGEs，与独立计算完全一致。
• 由重粒子引起的有限阈值修正，可在第三代标量质量运行中达到约 ~1 TeV² 的量级，显著扭曲非截断 $¯{\text{DR}}$ 方案下的结果。
• 在非截断 $¯{\text{DR}}$ 方案中，两圈 RGE 可能导致第三代标量质量变为快子（负值），从而破坏微扰理论的可靠性。
• 相比之下，截断后的 RGE 流保持标量质量为正且稳定，使得此前因快子不稳定性而被舍弃的轻量超荷粒子区域得以重新探索。
• 截断过程对大有限修正进行了重求和，使 MSSM $¯{\text{DR}}$ 流与物理低能理论之间的差异在低能区域减少至约 ~1 TeV² 量级。
• 该结果使得参数空间扫描的范围更广且更可靠，尤其适用于当前 LHC 数据约束较弱的轻量第三代超荷粒子。