[论文解读] Phenomenology of a Constrained Standard Model from an Extra Dimension

M. Chertok, Graham D. Kribs+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文提出了一种在 S¹/(Z₂×Z′₂) 粒子面上紧致化的五维受约束超对称模型，其中标准模型场及其镜像超对粒子通过Kaluza-Klein约化产生。该模型预测唯一自由参数 R，其确定的尺度 1/R ≈ 370 GeV，导致希格斯玻色子质量为 127 ± 8 GeV，并产生简并的超对粒子塔，其产生截面增强两倍，为大型强子对撞机和直线对撞机的发现提供了独特信号。

ABSTRACT

We describe a highly predictive model for supersymmetry breaking in 5 dimensions. We develop its phenomenology and the capabilities for discovery and measurement at various colliders.

研究动机与目标

• 开发一种五维超对称性自发破缺的高预测性模型，以避免MSSM中大量自由参数的问题。
• 通过在具有轨道丛紧致化的五维理论中嵌入标准模型及其镜像 sector，解决MSSM中的层次问题和味问题。
• 通过顶夸克Yukawa耦合的量子修正，提供一种动力学机制实现电弱对称性自发破缺，从而消除对基本μ项的依赖。
• 通过单一参数R精确预测超对粒子质量和希格斯玻色子质量。
• 识别独特的对撞机信号——特别是sfermion产生截面增强两倍以及类似狄拉克的中性子——以区别于通用SUSY情形。

提出的方法

• 将五维时空紧致化于 S¹/(Z₂×Z′₂) 轨道丛上，形成具有两个固定点的线段，从而将五维N=1超对称性破缺为四维N=1规范态。
• 为五维场分配 Z₂×Z′₂ 量子数，以确定零模与Kaluza-Klein (KK) 模式内容，确保仅标准模型粒子作为零模出现。
• 执行Kaluza-Klein约化，得到包含大质量希格斯ino和一个希格斯双态的四维有效理论，且无基本μ项。
• 通过顶夸克-Yukawa耦合的量子修正计算希格斯有效势，并利用极小化条件确定 1/R ≈ 370 GeV。
• 推导完整的KK质量谱，包括简并的sfermion、希格斯ino、gaugino及镜像态，其产生截面均增强两倍。
• 分析在Tevatron、大型强子对撞机和直线对撞机上的对撞现象学，重点关注停夸克对产生、缺失能量信号以及自旋依赖的截面。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有轨道丛紧致化的五维理论是否能自然地生成电弱能标，而无需引入基本μ项？
• RQ2 标准模型场及其镜像伙伴的Kaluza-Klein模式如何影响希格斯玻色子质量与超对粒子谱？
• RQ3 SM与镜像超对粒子的简并性会引发何种独特的对撞机信号，特别是在sfermion产生过程中？
• RQ4 直线对撞机能否以1%的精度测量sfermion截面增强两倍的效应，并通过自旋依赖截面确认中性子的狄拉克性质？
• RQ5 通过顶夸克Yukawa耦合的精确测量与停夸克态的手征组成，该模型在多大程度上可与MSSM区分开来？

主要发现

• 希格斯玻色子质量被预测为 127 ± 8 GeV，由顶夸克-Yukawa耦合的量子修正导致的希格斯有效势极小化条件决定。
• 额外维度的尺度被固定为 1/R ≈ 370 GeV，该值决定了所有超对粒子与KK粒子的质量。
• 每个标准模型粒子均具有一个简并的镜像伙伴，导致对撞机中sfermion产生截面增强两倍。
• 预测轻量级顶夸克（停）将在大型强子对撞机中大量产生，截面约为 150 pb。
• 两个停质量本征态之间的质量差被预测为 2mt，构成关键可检验的信号。
• 直线对撞机可实现对2×产生截面增强的1%精度测量，并通过自旋依赖截面确认中性子的狄拉克性质。