[论文解读] Splitting Extended Supersymmetry

Ignatios Antoniadis, Karim Benakli+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2005

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 10被引用 38

一句话总结

本文提出一种机制，将相交膜模型中的扩展超对称性与 gauge 耦合统一及暗物质可行性相协调。通过形变膜的相交，生成标量夸克和轻子的较大软质量，同时通过五维算符诱导 gluinos 和 winos 的一阶量子修正 Dirac 质量，形成与统一兼容的分裂超对称场景，且自然地产生中性子暗物质候选者。

ABSTRACT

We show how splitting supersymmetry reconciles a class of intersecting brane models with unification. The gauge sector in these models arises in multiplets of extended supersymmetry while matter states are in N=1 representations. A deformation of the angles between the branes gives large masses to squarks and sleptons, as well as supersymmetry breaking contributions to other string states. The latter generate at one-loop heavy Dirac masses for Winos and gluinos and can induce a mass term for the Higgsino doublets. We find that this scenario is compatible with gauge coupling unification at high scale for both cases where the gauge sector is N=2 and N=4 supersymmetric. Moreover a neutralino, combination of neutral Higgsinos and Binos, is a natural candidate for dark matter.

研究动机与目标

• 将相交膜模型中的扩展超对称性与 gauge 耦合统一相协调。
• 解决标量夸克和轻子质量过重的问题，同时保持 gauginos 和 Higgsinos 的轻质量。
• 通过由 Higgsinos 和 Binos 组成的中性子，自然地提供一个暗物质候选者。
• 证明在 N=2 和 N=4 超对称 gauge 作用域中，该模型与一阶量子修正 gauge 耦合统一兼容。
• 表明 Dirac gaugino 质量可通过一阶有效算符自然生成，且不破坏 R 对称性。

提出的方法

• 通过小角度 Θ 形变膜的相交，打破超对称性并生成 D-项，其期望值为 ⟨D⟩ = ΘM²S。
• 利用一阶量子修正生成标量的软质量，标量夸克/轻子在树图级别获得质量 m₀ ∝ √ΘMS。
• 在一阶微扰下推导出一个五维有效算符：(1/MS)∫d²θ W W aAa，导致 Dirac gaugino 质量 mD₁/₂ ∼ a m₀² / MS。
• 通过多重能标下的重整化群演化进行分析：m₀（标量夸克/轻子）、mD₁/₂（gluinos/Winos）和 TeV 能标（Higgsinos/Binos）。
• 在 N=2 情况下构建 Higgsinos 和 Binos 的中性子质量矩阵，通过对角化识别最轻的中性态。
• 利用 DarkSUSY 和 WMAP 约束验证最轻中性子的剩余密度作为暗物质候选者的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 相交膜模型中的扩展超对称性是否能与一阶 gauge 耦合统一相容？
• RQ2 在弦理论可实现的框架中，如何在不破坏 R 对称性的情况下生成 gluinos 和 winos 的 Dirac 质量？
• RQ3 该模型是否提供一个与 WMAP 剩余密度约束一致的可行暗物质候选者？
• RQ4 N=2 与 N=4 扩展超对称性对统一能标和质量谱有何影响？
• RQ5 尽管标量夸克/轻子质量很高且超对称性在高能标下被打破，Higgs sector 是否仍能保持轻量？

主要发现

• 在 N=2 且 nH=2 个轻 Higgs 双态的情况下，模型实现了以 MGUT ≈ 4.5×10¹⁶ GeV 为统一能标的单圈 gauge 统一，m₀ ≈ 1.1×10¹³ GeV。
• 在 N=2 且 nH=1 的情况下，统一能标为 MGUT ≈ 3.8×10¹⁸ GeV，接近普朗克尺度，m₀ ≈ 3.2×10¹³ GeV。
• 在 N=4 且 nH=1 的情况下，MGUT 达到 9.7×10¹⁸ GeV，m₀ ≈ 8.5×10¹⁵ GeV，与统一性及质子衰变安全性一致。
• 最轻的中性子为 Higgsinos 和 Binos 的混合态，其剩余密度与 WMAP 结果一致，是可行的暗物质候选者，当 µ ≈ 1.1 TeV 时成立。
• 在未来的 e+e⁻ 对撞机中，仅当 M ≈ µ 时才可实现 chargino 的产生，其软衰变产物需依赖光子标记策略以降低背景。
• 在 nH=1 情况下，Higgs sector 预测至少一个 Higgs 粒子质量低于 160 GeV；而在双 Higgs 情况下，第二个双态可由 mA 控制，使得与其它模型的区分在 LHC 上具有挑战性。