[论文解读] Tasi lectures: weak scale supersymmetry - a top-motivated-bottom-up approach

Gordon Kane|ArXiv.org|Feb 19, 2002

International Science and Diplomacy参考文献 1被引用 7

一句话总结

本文提出一种自下而上、自上而下驱动的弱能标超对称理论方法，推导出最小超对称标准模型（MSSM）的拉格朗日量，并将软对称性破缺参数（$L_{\text{soft}}$）作为连接对撞机数据与普朗克尺度物理的关键。它强调通过测量 $L_{\text{soft}}$ 参数来检验理论，包括味结构和相位，并认为这些参数为探测弦理论和统一理论提供了切实可行的路径。

ABSTRACT

Introduction, Perspective - since particle physics beyond the SM is presently in an incoherent state, with lots of static, a long introduction is needed, including some history of the supersymmetry revolutions, physics not described by the SM, indirect evidence for low energy supersymmetry and how flavor physics should be approached. Derive the supersymmetric Lagrangian - the superpotential W. Soft supersymmetry breaking - underlying physics - the general soft-breaking Lagrangian - the MSSM. The μopportunity - R-parity conservation. Count of parameters - constraints - measuring the parameters. Connecting the weak and unification scale. Derivation of the Higgs mechanism - in what sense does supersymmetry explain the Higgs physics. The Higgs spectrum - anβ, Yukawa couplings, constraints. LEP Higgs physics - Tevatron Higgs physics can confirm the Higgs mechanism and coupling proportional to mass - measurements in the Higgs sector. gluino, Neutralino, Chargino - cannot in general measure anβat hadron colliders. Effects of soft phases - all observables, not only CPV ones, g-2, EDMs, gluino phase, LSP CDM, possible connections to stringy physics. Phase structure of simple D-brane models. Tevatron superpartner searches, signatures. Extensions of the MSSM. The importance of low scale supersymmetry is not only that we learn of another profound aspect of our world, but also to provide a window to Planck scale physics, in order to connect string theory and our world.

研究动机与目标

• 基于对撞机、稀有衰变和暗物质研究的实验数据，建立理解弱能标超对称性的框架。
• 将软对称性破缺拉格朗日量（$L_{\text{soft}}$）确立为连接低能可观测量与高能标物理的核心工具。
• 解决从实验数据中唯一确定 $L_{\text{soft}}$ 参数的挑战，特别是在味和CP破坏领域。
• 探讨 $L_{\text{soft}}$ 参数如何用于检验弦理论和M理论紧化，而无需直接计算 Yukawa 耦合。
• 倡导对MSSM进行灵活的、非人为的拓展，以容纳新物理，如额外的U(1)对称性、D项和普朗克尺度算符。

提出的方法

• 利用超势 $W$ 推导超对称拉格朗日量，并构建保持规范不变性和低能超对称性的软对称性破缺项 $L_{\text{soft}}$。
• 应用跑动方程（RGEs）将参数从弱能标演化至统一能标，以实现与大统一理论和弦理论的比较。
• 分析希格斯 sector，包括 $\tan\beta$、Yukawa 耦合以及来自 LEP 和 Tevatron 数据的约束，以检验电弱对称性自发破缺机制。
• 研究强子对撞机上的信号，如缺失横向动量和多重轻子/喷注末态，以探测超对称粒子并推断 $L_{\text{soft}}$。
• 考虑软对称性破缺相位对可观测量的影响，包括 $g_\mu - 2$、电偶极矩（EDMs）和LSP暗物质，以限制参数空间。
• 提出 $L_{\text{soft}}$ 参数比 Yukawa 耦合更具可测量性和可检验性，为探测弦紧化和超对称性破缺提供了实际路径。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何从对撞机数据、稀有衰变和暗物质搜索中唯一地测量软对称性破缺拉格朗日量（$L_{\text{soft}}$）的参数？
• RQ2 在 $L_{\text{soft}}$ 中味结构的作用是什么？如何通过实验探测以区分不同的超对称性破缺机制？
• RQ3 软对称性破缺相位如何影响CP破坏过程以外的可观测量，如 $g_\mu - 2$ 和 EDMs？它们对基础理论意味着什么？
• RQ4 $L_{\text{soft}}$ 以何种方式作为低能超对称与普朗克尺度物理（包括弦理论和M理论）之间的桥梁？
• RQ5 如何一致地将MSSM的扩展（如额外的U(1)对称性、D项和普朗克尺度算符）纳入而不强加人为关系？

主要发现

• 软对称性破缺拉格朗日量 $L_{\text{soft}}$ 被确定为连接实验数据与高能标物理（包括弦理论）最可行的可观测量框架。
• 测量 $L_{\text{soft}}$ 参数（如标量质量、规范ino质量、三线性耦合）将成为超对称粒子发现后超对称实验的主要挑战和目标。
• 软对称性破缺相位不仅影响CP破坏可观测量，还影响 $g_\mu - 2$、EDMs 和 LSP 暗物质，为探测基础理论提供了多重探针。
• 希格斯 sector，特别是 $\tan\beta$ 和 Yukawa 耦合，受到 LEP 和 Tevatron 数据的约束，其测量将确认希格斯机制和超对称耦合。
• Tevatron 和未来的对撞机可通过缺失能量和多重轻子/喷注末态探测超对称信号，但其解释需要对 $L_{\text{soft}}$ 参数进行仔细的全局拟合。
• MSSM 的扩展（如额外的U(1)对称性与D项）可显著改变标量质量与中性子性质，因此必须在分析中包含它们以避免偏差。