[论文解读] Did the nHZ Gravitational Waves Signatures Observed By NANOGrav Indicate Multiple Sector SUSY Breaking?

Xiao Kang Du, Ming Huang+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 20

一句话总结

论文提出，由于多重领域SUSY breaking 诱导的明确破坏性离散R对称性，可以产生域壁，其崩塌释放nHz引力波，可能与NANOGrav信号相匹配并暗示轻量金斯蒂尼。

ABSTRACT

Discrete R symmetries always play an important role in low energy SUSY. The spontaneously broken of such discrete R symmetries, for example, by gaugino condensation, can lead to domain walls, which need to be either inflated away or collapse to avoid cosmic difficulties. We propose that explicitly R symmetry violation needed for collapse of domain walls can be the consequence of multiple sector SUSY breaking. The consistency constraints for the generation of non-problematic domain walls from gaugino condensation are discussed. We also study the emitted gravitational waves related to the collapse of domain walls. We find that, for SUSY breaking scale of order ${\cal O}(1)$ ${ m GeV}$ in one of the sequestered sector (and also a low reheating temperature of order ${ m MeV}$ if the reheating is not completed when the domain walls collapse), the peak frequency of gravitational waves emitted can lie at nHz. Such a low SUSY breaking scale can be consistency and natural in multiple sector SUSY breaking scenario. The GWs signal by NANOGrav could be a signal of such multiple sector SUSY breaking scenario and it may also indicate the existences of light goldstini at ${ m eV}$ mass scale.

研究动机与目标

• 激发低能SUSY中的离散R对称性及自发破坏后产生的域壁问题。
• 展示在多领域SUSY破坏框架中显式R对称性违反如何自然地产生。
• 推导域壁形成和湮灭的一致性条件，以避免宇宙学问题。
• 计算域壁坍塌产生的引力波信号，并将其与SUSY-Breaking尺度联系起来。

提出的方法

• 通过在隔离的SUSY破坏领域与SSM之间传输的环抑制算子来建模显式离散R违反。
• 描述由表观费米子凝聚产生的域壁，以及在超布里曼位同态中的一个较小明确破坏项w_c。
• 估计域壁张力sigma与偏置epsilon，并推导避免超闭合的衰减条件。
• 计算来自域壁湮灭的引力波谱，包括红移效应和再加热情形。
• 将峰值引力波频率与能量密度与am_3/2（因此为F_i）及再加热温度T_R联系起来。
• 讨论低再热温度的可能性及其对f_peak^0和Omega_gw^0的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 多领域SUSY破坏是否能产生足够的显式R对称性违反，以湮灭域壁而不引发宇宙学问题？
• RQ2 来自域壁坍塌的预测引力波信号是什么，是否与NANOGrav观测一致？
• RQ3 隔离领域中的SUSY破坏尺度如何映射到GW峰值频率和能量密度？
• RQ4 在什么条件下再热和费克凝聚引起的域壁会产生可观测的nHz GW？
• RQ5 结果是否暗示存在在eV量级的轻金斯蒂尼？

主要发现

• 来自离散R对称性破坏的域壁，可以被在多领域SUSY破坏中产生的环抑制的显式R违反项湮灭。
• 对于数量级约1 GeV的隔离域SUSY破坏尺度和约MeV的低再热温度，引力波峰可能接近nHz。
• 现今引力波密度Omega_gw^0 大约是 1.16 x 10^-5 乘以 (A^2)(b/a)^2，其中 am_3/2 决定尺度。
• 今日峰值引力波频率随 am_3/2 与 T_R 变化，在某些参数取值下可实现 f_peak^0 ~ 10^-9 Hz。
• 因为第 i 个领域中的 F_i 较低，该情景自然而然地指示了质量在 eV 量级的轻金斯蒂尼。
• NANOGrav 信号可被解释为由此类多领域SUSY破坏产生的GW。