[论文解读] SUSY Model Building

Stuart Raby|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2007

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 33被引用 4

一句话总结

本文综述了超对称模型构建的最新进展，重点关注动力学超对称性自发破缺机制、MSSM中的'小 hierarchy'问题与μ问题，以及通过orbifold GUT和杂交弦理论实现的紫外完成。结论指出，亚稳的超对称性破缺真空中普遍存在且宇宙学寿命极长，支持可行的理论 phenomenology，并为构建紫外完备的超对称理论铺平道路。

ABSTRACT

I review some of the latest directions in supersymmetric model building, focusing on SUSY breaking mechanisms in the minimal supersymmetric standard model [MSSM], the "little" hierarchy and $μ$ problems, etc. I then discuss SUSY GUTs and UV completions in string theory.

研究动机与目标

• 为解决MSSM中的'小 hierarchy 问题'，即LEP实验对希格斯粒子质量的约束迫使停夸克质量较重或混合项较大，否则需精细调节参数。
• 通过动力学超对称性破缺和自然参数选择，同时解决MSSM中的μ问题与Bμ问题。
• 通过orbifold GUT和嵌入10维杂交弦理论，构建MSSM的可行紫外完成。
• 证明在全局与局部超对称理论及弦理论框架下，亚稳的超对称性破缺真空中普遍存在且宇宙学寿命极长。
• 通过在高维模型中进行紧化并利用orbifolding与威尔逊线实现规范对称性破缺，将MSSM与大统一理论及弦理论统一。

提出的方法

• 使用公式 $ m_h^2 \approx M_Z^2 + \frac{3G_F m_t^4}{\sqrt{2}\pi^2} \left( \log \frac{m_{\tilde{t}}^2}{m_t^2} + X_t^2(1 - \frac{X_t^2}{12}) \right) $ 分析MSSM中希格斯质量的单圈修正，将其与'小 hierarchy 问题'联系起来。
• 研究三种主要的超对称性破缺传播机制：引力中介、规范中介与异常中介，以及模场与稀释子中介等变体。
• 构建在 $ M_4 \times S^1 / (Z_2 \times Z_2') $ 上的5维orbifold GUT，其中规范对称性在边界处破缺（SO(10) 与 SU(6)×SU(2)_R），实现Pati-Salam统一。
• 将5维orbifold GUT嵌入到在 $ (T^2)^3 / Z_3 $ 上紧化的10维杂交弦理论中，利用位移矢量 $ V_6 $ 保持模形式不变性。
• 利用来自未扭结与扭结扇区的无质量弦态实现MSSM谱，包括在固定点局域化的三族费米子。
• 应用orbifold投影与边界条件，将希格斯双态与三重态分离，并通过费米子波函数局域化抑制质子衰变。

实验结果

研究问题

• RQ1 在全局与局部超对称理论及弦理论框架下，亚稳的超对称性破缺真空中是否普遍存在？其宇宙学寿命是否足够长？
• RQ2 如何在不引入极端精细调节的前提下解决MSSM中的'小 hierarchy 问题'？
• RQ3 orbifold紧化在实现规范统一及在GUT中实现双态与三重态分离的过程中起什么作用？
• RQ4 如何将5维orbifold GUT紫外完成至10维杂交弦理论，以实现具有现实3族MSSM谱的理论？
• RQ5 能否通过动力学超对称性破缺与几何对称性破缺，同时解决μ问题与Bμ问题？

主要发现

• 在全局超对称与局部超对称/弦理论框架下，亚稳的超对称性破缺真空中普遍存在且宇宙学寿命极长，消除了模型构建中的主要障碍。
• 当LEP对希格斯粒子质量的下限（114.4 GeV）迫使停夸克质量 $ m_{\tilde{t}} \geq 1 $ TeV 或混合参数 $ X_t \approx \pm \sqrt{6} $ 时，'小 hierarchy 问题'出现，除非引入新物理，否则需精细调节。
• 在边界处通过 $ Z_2 \times Z_2' $ 破缺的5维orbifold GUT能实现Pati-Salam统一，并通过波函数局域化自然地将希格斯双态与三重态分离。
• 从E(8)×E(8)杂交弦理论导出的 $ M_4 \times S^1 / (Z_2 \times Z_2') $ 上的E(6) orbifold GUT，产生低能谱中包含三族与MSSM类似内容。
• 在 $ (T^2)^3 / Z_3 $ 上紧化的弦理论，配合威尔逊线，可从未扭结与扭结扇区产生无质量态，实现具有三族与规范对称性破缺的MSSM谱。
• orbifold GUT向杂交弦理论的紫外完成是可行的，5维有效理论可作为10维紧化弦模型的低能极限。