[论文解读] Supersplit Supersymmetry

P. J. Fox, David E. Kaplan+6 more|ArXiv.org|Mar 31, 2005

Black Holes and Theoretical Physics被引用 10

一句话总结

本文提出超分裂超对称（Supersplit Supersymmetry），一种最小的超对称模型，其中标量、规范ino 和希格斯ino 超对称伙伴均在TeV尺度以上被解耦，仅留下标准模型场与一个轻量级希格斯样标量场以实现电弱对称性自发破缺。该模型保持了电弱精确性，避免了味和CP问题，并在无需大统一理论或额外维度的情况下，于普朗克尺度实现了近似 gauge 耦合统一，为弦理论景观背景下的简单、自然框架提供了可能。

ABSTRACT

The possible existence of an exponentially large number of vacua in string theory behooves one to consider possibilities beyond our traditional notions of naturalness. Such an approach to electroweak physics was recently used in "Split Supersymmetry", a model which shares some successes and cures some ills of traditional weak-scale supersymmetry by raising the masses of scalar superpartners significantly above a TeV. Here we suggest an extension - we raise, in addition to the scalars, the gaugino and higgsino masses to much higher scales. In addition to maintaining many of the successes of Split Supersymmetry - electroweak precision, flavor-changing neutral currents and CP violation, dimension-4 and 5 proton decay - the model also allows for natural Planck-scale supersymmetry breaking, solves the gluino-decay problem, and resolves the coincidence problem with respect to gaugino and Higgs masses. The lack of unification of couplings suggests a natural solution to possible problems from dimension-6 proton decay. While this model has no weak-scale dark matter candidate, a Peccei-Quinn axion or small black holes can be consistently incorporated in this framework.

研究动机与目标

• 提出一种最小的超对称模型，通过在TeV尺度以上解耦标量超对称伙伴外，还解耦规范ino 和希格斯ino。
• 解决传统与分裂超对称的局限性，包括由规范统一引发的质子衰变问题及胶球子衰变问题。
• 探究在无弱尺度超对称伙伴的情况下，理论是否仍能与电弱精确性、味和CP约束保持一致。
• 研究是否可在无需传统GUT尺度的情况下，自然地在普朗克尺度实现规范耦合统一。
• 评估该模型在弦理论真空景观中的可行性，其中由于多元宇宙的存在，微调问题可能不那么严重。

提出的方法

• 该模型构建了一个仅包含标准模型规范场、费米子以及一个负责电弱对称性自发破缺的轻量级标量场的低能有效理论。
• 所有标量超对称伙伴、规范ino 和双希格斯ino 均在高能尺度被积分掉，从而消除了其对味改变中性流、电偶极矩和质子衰变的贡献。
• 接受规范耦合统一在传统GUT尺度（10^15–10^16 GeV）不成立，作为特征而非缺陷，以避免质子衰变及相关理论问题。
• 该模型依赖于形如 $ \frac{1}{g^2} \frac{\text{Tr}(F_{\nu\tau}F^{\nu\tau}\tilde{\rho})}{M_{\text{Planck}}} $ 的高阶微扰算符，以在普朗克尺度实现统一，理论不确定性最高可达50%。
• 通过电弱精确可观测量检验其现象学一致性，其中希格斯玻色子质量被约束在280 GeV以下。
• 评估该模型整合替代暗物质候选者（如Peccei-Quinn轴子或小黑洞）的能力，因缺乏弱尺度暗物质候选者。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构造一种超对称模型，使得所有标量、规范ino 和希格斯ino 超对称伙伴均在TeV尺度以上被解耦，同时仍能维持电弱对称性自发破缺？
• RQ2 在传统GUT尺度未实现规范耦合统一的情况下，是否仍可接受质子衰变速率？或可通过抑制高阶微扰算符来缓解？
• RQ3 即使不存在传统GUT尺度，是否仍可通过高阶微扰算符在普朗克尺度实现规范耦合统一？
• RQ4 该模型如何解决胶球子衰变问题以及规范ino 与希格斯ino 质量之间的巧合问题？
• RQ5 在无弱尺度超对称伙伴的理论中，可行的暗物质候选者有哪些？如何实现其一致整合？

主要发现

• 该模型成功避免了味改变中性流与电偶极矩，原因在于除轻量级希格斯样标量外，所有标量与费米子超对称伙伴均被解耦。
• 通过维度-5算符的质子衰变被抑制，因为该模型并不要求在传统GUT尺度实现规范耦合统一。
• 该模型可通过高阶微扰算符在普朗克尺度实现规范耦合的近似统一，理论不确定性最高可达50%。
• 电弱精确可观测量与希格斯玻色子质量低于280 GeV一致，符合当前对撞机约束。
• 由于缺乏弱尺度暗物质候选者，该模型自然地整合了Peccei-Quinn轴子或小黑洞作为替代暗物质候选者。
• 该模型与弦理论真空景观中允许微调理论物理可行的观点一致，挑战了传统自然性观念。