[论文解读] Dynamical Generation of the Weak Scale and Inflation in High-Scale Supersymmetry

Sibo Zheng|arXiv (Cornell University)|May 12, 2014

Black Holes and Theoretical Physics被引用 4

一句话总结

本文提出，高能标超对称（SUSY）自发破缺可同时解释弱能标与混沌 inflation，且具有二次势能形式，将暴胀子质量与软SUSY质量联系起来。通过一个类似ISS的模型，其中暴胀子作为模场，表明暴胀能标自然地匹配SUSY破缺能标（~10^16 GeV），且观测到的 r ≈ 0.16 和 ns ≈ 0.96 与该框架一致，无需精细调节的对称性或非自然参数。

ABSTRACT

Combination of Plank and BICEP2 data reported that tensor to scalar ratio $r\simeq 0.16$ and scalar spectral index $n_{s}\simeq 0.96$. In this short note, it is shown that chaotic inflation with quadratic potential, which perfectly accounts for present fit to $r$ and $n_s$, and relatively heavy Higgs mass for fine-tuned MSSM, are both suggested to be consequences of high-scale supersymmetry (SUSY) breaking. Following this idea, we find that inflaton mass is of same order as soft mass, flatness of inflation potential doesn't need a shift symmetry, and scale of inflation energy density automatically agrees with SUSY-breaking scale. A simple realization of such high-scale SUSY breaking, in which inflaton with tri-linear superpotential serves as {\it modulus}, is discussed in terms of ISS-like model.

研究动机与目标

• 将BICEP2与Planck观测到的张量标量比 r ≈ 0.16 和标量谱指数 ns ≈ 0.96 与弱能标的动力学起源相协调。
• 表明具有二次势能和超普兰克暴胀子场跃迁的混沌暴胀可自然地从高能标SUSY破缺中产生。
• 证明暴胀能标与SUSY破缺能标可在单一框架中实现动力学统一。
• 通过一个类似ISS的SUSY破缺区构建具体模型实现，其中暴胀子被识别为模场。

提出的方法

• 假设暴胀子质量与软SUSY质量量级相当，避免为稳定暴胀势能而依赖平移对称性。
• 利用Lyth界限推断，为实现 r ≈ 0.16，需满足超普兰克暴胀子场跃迁（Δφ/M_P ≳ 1）。
• 采用二次势能 V = ½m²ϕ² 拟合联合Planck与BICEP2数据，得到 ε_V ≈ 0.01 和 η_V ≈ 0.01。
• 将暴胀子识别为具有三线性超势 W = κϕϕiϕj 的O’Raifeartaigh型SUSY破缺模型中的模场。
• 依赖模场 X 的F项生成软质量，其中 F ≈ m_ϕΛ 且 Λ ≈ 5M_P，从而得到 √F ≈ 10^16 GeV。
• 利用电-磁对偶性与R荷分配，确保SUSY破缺被传递至暴胀子场，同时不破坏真空稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的 r ≈ 0.16 与 ns ≈ 0.96 能否在高能标SUSY破缺框架内，通过弱能标的动力学起源得到解释？
• RQ2 在不依赖平移对称性的情况下，二次暴胀势能是否能自然地从高能标SUSY破缺中产生？
• RQ3 暴胀能标能否在一致模型中与SUSY破缺能标实现动力学关联？
• RQ4 是否可能在类似ISS的SUSY破缺模型中实现暴胀子作为模场，且具有一致的软质量与场跃迁？

主要发现

• 二次势能 V = ½m²ϕ² 对联合Planck与BICEP2数据具有完美拟合，得到 ε_V ≈ 0.01 和 η_V ≈ 0.01。
• 暴胀子质量 m_ϕ ≈ 10^13 GeV 与软SUSY质量量级相当，无需依赖平移对称性即可稳定势能。
• 暴胀能标 V^{1/4} ≈ 10^16 GeV 自然地匹配SUSY破缺能标 √F ≈ 10^16 GeV，与GUT能标一致。
• 在类似ISS的模型中，暴胀子作为模场，其F项满足 F ≈ m_ϕΛ 且 Λ ≈ 5M_P，从而实现软质量与暴胀能标的自洽动力学生成。
• 该模型预测标量上夸克质量极重（m_ϕ ~ 10^13 GeV），与LHC的无信号结果一致，并通过大重整化群效应解释126 GeV的希格斯玻色子质量。
• 该框架与LHC 2013年数据一致，包括未观测到标量夸克信号，以及需精细调节 tanβ ≈ 1 才能获得正确希格斯质量。