[论文解读] Stringy Origin of Discrete R-symmetries

Hans Peter Nilles|arXiv (Cornell University)|May 4, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文提出，在超对称粒子物理中的离散R对称性可自然地从弦理论紧化中产生，其中额外维度中的几何结构与规范场局域化通过弦选择规则生成这些对称性。关键贡献在于表明：源自紧化维度中洛伦兹不变性的R对称性，可自然地解决μ问题，抑制质子衰变，并导致层级化的软SUSY破缺项，从而实现自然的超对称性。

ABSTRACT

Discrete symmetries play a crucial role in particle physics. They appear abundantly in string model constructions. We focus here on the case of discrete $R$-symmetries which are intrinsically connected to the Lorentz group in extra dimensions and the appearance of $N$-extended supersymmetry. In that sense, discrete $R$-symmetries can be understood as "fractionally" extended supersymmetry. These symmetries reveal insight about the location of fields in extra dimensions (in particular the Higgs boson). Applications can be found in the solution of the $μ$-problem, suppression of proton decay and the structure of the soft terms of broken supersymmetry.

研究动机与目标

• 理解MSSM在弦理论中紫外线完成的顶层起源中离散R对称性的来源。
• 解释R对称性如何从紧化流形几何与弦选择规则的相互作用中产生。
• 研究额外维中场局域化（例如在膜或固定点上）如何决定R对称性的结构。
• 证明R对称性可解决μ问题并稳定LSP作为暗物质候选。
• 表明SUSY破缺中的层级化软项可自然地由不同扇区的R对称性与超对称性增强所导致。

提出的方法

• 分析具有六个额外维度的紧化弦理论（IIA型、IIB型、杂交型），通过几何与拓扑性质识别离散对称性。
• 应用弦理论选择规则，推导算符的选择规则，从而得到离散R对称性。
• 研究场在膜上（如3膜、5膜、7膜）和固定点上的局域化，以确定不同扇区中R对称性的实现方式。
• 利用额外维中洛伦兹不变性与N-扩展超对称性的相互作用，推导出R对称性作为R荷对称性的分数阶扩展。
• 将该框架应用于模型构建，表明R对称性可保护μ项并禁止危险的四维质子衰变算符。
• 分析不同扇区（体、扭结、局域）中的软SUSY破缺项，表明其层级模式与迷宫媒介机制一致，并支持自然超对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 离散R对称性如何从紧化弦理论中几何结构与场局域化中产生？
• RQ2 额外维中洛伦兹不变性与R对称性产生之间有何联系？
• RQ3 在弦理论框架下，R对称性如何解决MSSM中的μ问题？
• RQ4 R对称性以何种方式抑制质子衰变并稳定LSP作为暗物质候选？
• RQ5 在自然超对称的背景下，R对称性如何导致层级化的软项？

主要发现

• 离散R对称性是弦理论选择规则与额外维中几何结构及场局域化的共同结果。
• R对称性与额外维中的洛伦兹群及N-扩展超对称性密切相关，表明其为R荷对称性的分数阶扩展。
• μ问题得以解决，因为R对称性在树图水平禁止了μ项，其微小性源于非微扰效应引起的软破缺。
• 通过R对称性，四维算符的质子衰变被禁止，LSP被稳定，可作为暗物质候选。
• 层级化的软SUSY破缺项自然产生：体场（N=4）具有零树图软项，而局域场（N=1）具有大质量，从而形成类似迷宫媒介的模式。
• 扩展的R对称性提供紫外保护，减少微调，实现仅需少数超对称伙伴处于TeV能标范围的自然超对称性。