[论文解读] Remodeling the Pentagon After the Events of 2/23/06

T. Banks|ArXiv.org|Jun 29, 2006

Child and Adolescent Health参考文献 8被引用 31

一句话总结

该论文提出了一种简化的宇宙学中 supersymmetry (SUSY) 破解模型，采用 Intriligator、Seiberg 和 Shih 提出的元稳定 SUSY 破解机制，在五味 $SU(5)$ 五价夸克理论中实现。该模型用单一标量场 $S$ 取代了原始复杂的五边形模型，消除了低能轴子问题，并产生了一个可行的暗物质候选者：由自发对称性破缺的五价子数产生的约 1 eV 的伪戈尔戈尼玻色子，其通过味改变衰变产生。

ABSTRACT

The meta-stable SUSY breaking mechanism of Intriligator Seiberg and Shih can be used to simplify the Pentagon model of TeV scale physics. The simplified model has only a single scalar field and no troublesome low energy axion. One significant signature is $l^+ l^- X$ plus missing energy, where $X$ might be the two photons of gauge mediated models, but is likely to be different. There is a new strongly interacting sector with a scale around 1.5 TeV. The penta-hadrons of this sector have masses of order 6 TeV or more. Dark matter is probably the pseudo-goldstone boson of spontaneously broken penta-baryon number. This can be a viable dark matter candidate if an appropriate asymmetry in penta-baryon number is generated in the early universe. The pseudo-Goldstone particle has a mass of $\sim 1$ eV and is produced predominantly in flavor changing charged current decays of ordinary particles. The model solves the flavor problems of SUSY, but has two low energy CP violating phases, whose value is strongly constrained by experiment.

研究动机与目标

• 解决原始五边形模型在宇宙学中 SUSY 破解时的味问题和轴子问题。
• 通过用具有离散 R 电荷 2 的单一标量场 $S$ 取代多个单态，简化模型。
• 从自发破缺的五价子数的伪戈尔戈尼玻色子中构建一个可行的暗物质候选者。
• 确保模型在六维水平上避免危险的味改变中性流和质子衰变。
• 评估该模型在精确电弱约束和 LHC 物理现象下的可行性。

提出的方法

• 利用 Intriligator、Seiberg 和 Shih 提出的 $N_F = N_C = 5$ $SU(5)$ 超规范量子色动力学中的元稳定 SUSY 破解真空中。
• 引入一个具有 R 电荷 2 的单一标量场 $S$，通过超势 $W_S = g_S S P^A_i \tilde{P}^j_A Y^i_j + g_\mu S H_u H_d + g_T S^3$ 与其耦合。
• 将标准模型规范群嵌入五边形模型的 $SU(5)$ 味对称性中，确保规范耦合统一。
• 假设引力微子质量 $m_{3/2} \sim \lambda^{1/4}$ 固定 $m_{ISS}$，将宇宙常数与 SUSY 破解尺度联系起来。
• 依赖于离散 R 对称性破缺以生成 $\mu$-项并稳定宇宙常数。
• 使用 ISS 机制确保具有 $F \sim m_{ISS} \Lambda_5$ 的可计算元稳定真空中。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以利用 ISS 的元稳定 SUSY 破解机制在不重新引入轴子问题的前提下简化原始五边形模型？
• RQ2 具有 R 电荷 2 的单一标量场 $S$ 是否足以生成 $\mu$-项和 gaugino 质量，同时保持规范耦合统一？
• RQ3 五价子数的伪戈尔戈尼玻色子是否可作为具有可观测味改变衰变的可行 1 eV 暗物质候选者？
• RQ4 该模型在 LHC 上的物现学信号特征是什么，特别是 $l^+l^-X$ 加缺失能量末态？
• RQ5 该模型如何在六维水平上避免危险的味改变中性流和质子衰变？

主要发现

• 该模型通过用一个具有 R 电荷的标量场 $S$ 取代复杂的单态场，消除了低能 QCD 轴子问题，解决了轴子质量与微调问题。
• 暗物质被识别为自发破缺的五价子数的伪戈尔戈尼玻色子，质量约为 1 eV。
• 暗物质主要通过普通粒子的味改变带电流衰变产生，分支比受强耦合效应增强但仍较小。
• 该模型预测了独特的 LHC 信号：$l^+l^-X$ 加缺失能量，其中 $X$ 很可能不是标准规范中介的双光子末态，而是来自 NLSP 衰变的另一种末态。
• 该模型自然地实现了电弱对称性破缺，$\tan\beta \sim 1$，且希格斯真空期望值与 $g_S \Lambda_5$ 相关，尽管所需的微小 $g_S$ 可能与 gaugino 质量生成相冲突。
• 由于衰变到引力微子是即时的，该模型避免了位移顶点，且引力微子极为轻，无宇宙学后果。