[论文解读] Moduli stabilization and the pattern of soft SUSY breaking terms

Kiwoon Choi|ArXiv.org|Nov 14, 2005

Logic, programming, and type systems被引用 8

一句话总结

本文研究了在弦理论紧化中模场稳定化如何影响四维有效超引力中的软对称性自发破缺项模式，表明微扰Kähler修正导致模场介导主导，而非微扰超势效应则诱导出模场-异常介导混合场景。关键结果是出现层级化的幻象信息源尺度，导致超粒子谱具有定性不同的特征，与mSUGRA、规范介导或纯异常介导情形不同。

ABSTRACT

In string compactification preserving N=1 SUSY, moduli fields are plausible candidates for the messenger of SUSY breaking at low energy scales. In a scenario that moduli-mediated SUSY breaking is significant, the pattern of soft SUSY breaking terms depends crucially on how the light moduli with mass m \lesssim O(8π^2 m_{3/2}) are stabilized. We discuss the correspondence between the pattern of soft terms and the stabilization mechanism of light moduli within the framework of 4D effective supergravity which is generalized to include a SUSY-breaking uplifting potential which might be necessary to get the phenomenologically viable de-Sitter (or Minkowski) vacuum. In some special case, light moduli can be stabilized by controllably small perturbative corrections to the Kähler potential, yielding the soft terms dominated by the moduli-mediated contribution. In more generic situation, light moduli are stabilized by non-perturbative effects encoded in the superpotential and a quite different pattern of soft terms emerges: the anomaly-mediated soft terms become comparable to the moduli-mediated ones. Such mixed moduli-anomaly mediated soft terms lead to low energy superparticle masses qualitatively different from those of other mediation models such as mSUGRA scenario, gauge-mediation, and anomaly-mediation.

研究动机与目标

• 理解轻模场的稳定机制如何影响四维有效超引力中软对称性破缺项的模式。
• 识别在弦紧化中模场介导或异常介导贡献主导软项的条件。
• 探讨KKLT构造中的上抬势如何影响在物理上可行的 de-Sitter 或闵可夫斯基真空中模场的稳定化与软项生成。
• 确定在存在轻模场与混合介导的模型中，能否自然避免味和CP破坏。
• 建立异常介导与模场介导之比与低能超粒子质量谱之间的对应关系。

提出的方法

• 构建一个包含SUSY破缺上抬势的四维有效超引力框架，该势能是实现de-Sitter或闵可夫斯基真空解所必需的。
• 通过Kähler势的微扰修正分析模场稳定化，可稳定轻模场（$ m_T \lesssim 8\pi^2 m_{3/2} $），导致模场介导软项占主导。
• 考虑非微扰超势效应（如胶微子凝聚）以稳定轻模场，导致模场与异常介导贡献相当。
• 利用含辅助分量 $ F^i $ 的超引力拉格朗日量推导软项，通过规范跑动演化计算 $ m_{\text{soft}} $、$ A $-项及规范子质量。
• 引入一个幻象信息源尺度 $ M_{\text{mirage}} = (m_{3/2}/M_{\text{Pl}})^{\alpha/2} M_{\text{GUT}} $，用于描述混合介导的有效尺度，并抵消规范跑动引起的质量劈裂。
• 利用跑动的异常维数 $ \gamma_I(\mu) $、规范耦合常数 $ g_a(\mu) $ 与超荷 $ Y_I $，从 $ M_{\text{GUT}} $ 到TeV能标计算软质量的完整跑动。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过Kähler势的微扰修正稳定轻模场时，如何影响软SUSY破缺项的层次与结构？
• RQ2 当轻模场通过非微扰超势效应（如胶微子凝聚）稳定时，软项的最终模式是什么？
• RQ3 异常介导与模场介导贡献之比如何决定低能超粒子质量谱？
• RQ4 在存在轻模场与混合介导的情况下，所得软项能否保持味与CP对称性？
• RQ5 幻象信息源尺度在连接混合模场-异常介导与纯模场介导方面具有何种物理意义？

主要发现

• 当轻模场通过Kähler势的微扰修正稳定时，软项主要由模场介导主导，异常介导贡献可忽略。
• 在由非微扰超势稳定的一般情形下，异常介导与模场介导对软项的贡献变得相当，形成混合介导场景。
• 该混合模场-异常介导场景可由一个有效幻象信息源尺度 $ M_{\text{mirage}} = (m_{3/2}/M_{\text{Pl}})^{\alpha/2} M_{\text{GUT}} $ 描述，其中 $ \alpha $ 控制两种贡献的相对强度。
• 当 $ \alpha = 2 $ 时，幻象尺度使TeV能标处的规范子与标量夸克/轻子质量近乎 degenerate，从而抵消规范跑动引起的质量劈裂。
• 所得超粒子质量谱与mSUGRA、规范介导或纯异常介导情形有定性不同，尤其在第三代标量夸克与标量轻子质量上表现显著差异。
• 若物质场具有统一的模形式权重，且 $ F^i $ 与 $ F^C $ 之间的相对CP相位可通过轴子重定义消除，则味与CP破坏可自然避免。