[论文解读] String MSSM through flipped SU(5) from Z_{12} orbifold

Jihn E. Kim, Bumseok Kyae|ArXiv.org|Aug 14, 2006

Black Holes and Theoretical Physics被引用 13

一句话总结

该论文通过一个具有中间翻转SU(5)规范群的Z₁₂-I orbifold紧化，构建了一个源自弦理论的最小超对称标准模型（S-MSSM）。通过受控的Yukawa耦合和向量型奇异态质量项，该模型实现了现实的粒子谱——包括三族费米子、一对Higgs双态以及R-宇称守恒——并将GUT尺度的sin²θ_W = 3/8演化至观测到的电弱值，同时通过高阶耦合解决了双态-三重态分裂问题。

ABSTRACT

In a $Z_{12-I}$ orbifold compactification through an intermediate flipped SU(5), the string MSSM (${\cal S}$MSSM) spectra (three families, one pair of Higgs doublets, and neutral singlets) are obtained with the Yukawa coupling structure. The GUT $\sin^2θ_W^0=\frac38$, even with exotics in the twisted sector, can be run to the observed electroweak scale value by mass parameters of vectorlike exotics near the GUT scale. We also obtain R-parity and doublet-triplet splitting.

研究动机与目标

• 通过具有中间翻转SU(5)规范群的Z₁₂-I orbifold紧化，构建一个现实的源自弦理论的MSSM（S-MSSM）。
• 从GUT尺度的sin²θ_W⁰ = 3/8出发，将电弱统一尺度的sin²θ_W ≈ 0.23正确地演化至观测值。
• 在弦理论框架下实现R-宇称守恒和双态-三重态分裂，且不依赖于人为假设。
• 证明当其质量被调制在GUT尺度附近时，分数电荷粒子（FCPs）和奇异态不会破坏现象学一致性。

提出的方法

• 使用Z₁₂-I orbifold紧化生成一个具有三族、一对Higgs双态和中性单态的翻转SU(5) GUT模型。
• 在费米子构造中实施NAHE集合条件，以确保正确的量子数和规范群结构。
• 引入质量接近GUT尺度的向量型奇异态（G-奇异态和E-奇异态），以将GUT尺度的sin²θ_W = 3/8运行至观测值。
• 利用高阶耦合（如U₂T₆T₆）抑制Higgs双态质量低于GUT尺度，从而实现双态-三重态分裂。
• 通过立方耦合和真空期望值（VEV）分配定义R-宇称，以确保质子稳定性，其中物质场的R = -1，Higgs和单态的R = +1。
• 使用SOFTSUSY对奇异态质量尺度（M_GE, M_EE）进行数值拟合，以在电弱尺度实现观测到的规范耦合统一。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否从具有中间翻转SU(5)规范群的Z₁₂-I orbifold紧化中导出一个现实的S-MSSM谱？
• RQ2 如何在不引入轻奇异态的前提下，将GUT尺度的sin²θ_W = 3/8运行至观测到的电弱值？
• RQ3 能否在弦理论模型中实现双态-三重态分裂，而无需微调或人为假设？
• RQ4 该模型中R-宇称是否守恒？其在未扭和扭扇区中是否可一致定义？
• RQ5 分数电荷粒子（FCPs）或奇异态是否必然为轻态？它们能否在GUT尺度被解耦而不破坏现象学？

主要发现

• 该模型通过Z₁₂-I orbifold紧化成功实现了S-MSSM谱，包括三族、一对Higgs双态和中性单态。
• 通过接近GUT尺度的向量型奇异态（G-奇异态和E-奇异态）的质量参数，将GUT尺度的sin²θ_W = 3/8运行至观测值≈0.23。
• 通过高阶耦合（如U₂T₆T₆）实现双态-三重态分裂，这些耦合抑制了Higgs双态质量低于GUT尺度。
• 通过将R = -1分配给物质场、R = +1分配给Higgs和单态，并保持耦合选择的一致性，实现了低能R-宇称守恒。
• 存在一个可行解：M_GUT = 2M₁₆, M_EE = 6M₁₆, M_GE = 0.1M₁₆, Λ_s ≈ 52.7M₁₆, g_s = 0.8，其中M₁₆ = 10¹⁶ GeV。
• 通过确保分数电荷粒子（隐子）为整数电荷并被解耦，该模型避免了轻的分数电荷粒子，与宇宙学约束一致。