[论文解读] The MSSM and Why it Works

S. Dawson|ArXiv.org|Dec 19, 1997

Quantum and Classical Electrodynamics参考文献 3被引用 15

一句话总结

本文提出最小超对称标准模型（MSSM）作为标准模型的有力扩展，其动机源于层次问题，以及通过超对称性消除希格斯 boson 质量中二次发散的需要。文章详细阐述了MSSM的希格斯 sector（包含两个希格斯双态），该结构可实现电弱对称性自发破缺，同时保持规范耦合统一，并为标准模型之外的物理提供自然框架，其关键预测可在 LEP、Tevatron 及未来的 $e^+e^-$ 和强子对撞机上检验。

ABSTRACT

An introduction to the minimal supersymmetric standard model is presented. We emphasize phenomenological motivations for this model, along with examples of experimental tests. Particular attention is paid to the Higgs sector of the theory.

研究动机与目标

• 为最小超对称标准模型（MSSM）提供一个全面的唯象学介绍，作为标准模型的可行扩展。
• 解决标准模型中的层次问题，特别是希格斯质量修正中的二次发散问题，并展示超对称性如何抵消这些发散。
• 解释MSSM希格斯 sector 的结构与性质，包括两个希格斯双态在电弱对称性破缺中的作用。
• 呈现来自 LEP、Tevatron 和未来对撞机实验的超对称粒子的实验约束与搜索策略。
• 将MSSM与其它模型（如规范介导的超对称性破缺，GMSB）及其大统一扩展进行比较。

提出的方法

• 分析标准模型中希格斯 boson 质量的单圈辐射修正，证明其存在二次发散，从而需要新物理。
• 引入超对称机制，通过赋予费米子与玻色子相同的量子数进行配对，以抵消二次发散。
• 使用动量空间截断正则化方案，推导出自能修正中由希格斯圈贡献的费米子自能修正。
• 构建包含两个希格斯双态的MSSM拉格朗日量，确保异常消除与规范耦合统一。
• 利用 $s$-通道 $\gamma/Z$ 交换、$t$-通道右手上中微子交换以及干涉效应，计算 $e^+e^- \to \tilde{\chi}^+_i\tilde{\chi}^-_j$ 的截面。
• 应用费米茨重排技术，将所有振幅表达为统一形式，以利于手征振幅分析与截面计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何标准模型的希格斯 sector 在辐射修正下不稳定？超对称性如何解决此问题？
• RQ2 MSSM 的双希格斯双态结构如何在保持规范耦合统一的同时实现电弱对称性破缺？
• RQ3 来自 LEP、Tevatron 和 LEPII 的关键实验信号与约束是什么？
• RQ4 在 $e^+e^-$ 碰撞中，$s$-通道与 $t$-通道图之间的干涉如何影响中性ino对的产生截面？
• RQ5 右手上中微子质量在 gaugino 类区域中如何通过抑制中性ino对产生截面发挥作用？

主要发现

• MSSM 通过超对称伙伴的贡献抵消了希格斯质量中的二次发散，稳定了电弱能标，从而解决了层次问题。
• 从 $W_L W_L$ 散射的单位性约束推导出希格斯 boson 质量上限为 $M_h < 860~\text{GeV}$，支持弱相互作用希格斯 boson 存在于 TeV 量级以下。
• 在 gaugino 类区域中，当 $\tilde{m}_\nu < 200~\text{GeV}$ 时，由于 $s$-通道与 $t$-通道图之间的破坏性干涉，$e^+e^- \to \tilde{\chi}^+_i\tilde{\chi}^-_j$ 截面表现出强烈抑制。
• 在 Higgsino 类区域（$|\mu| \ll M_2$），中性ino对产生截面对右手上中微子质量不敏感，表明其在对撞机搜索中具有稳健信号特征。
• 截面依赖于手征态，对中性ino混合参数 $C_{ij}^{\pm}$、$Z$-玻色子传播子以及右手上中微子交换振幅敏感。
• 微分截面以 $X_{mn}$ 系数表示，其角依赖性由 $\beta$ 和手征态干涉项调制。