Разделенная суперсимметрия

В физике элементарных частиц расщепленная суперсимметрия является предложением физики за пределами Стандартной модели .

История

Это было предложено отдельно в трех статьях. Первая была сделана Джеймсом Уэллсом в июне 2003 года в более скромной форме, которая несколько ослабила предположение о естественности потенциала Хиггса. В мае 2004 года Нима Аркани-Хамед и Савас Димопулос утверждали, что естественность в секторе Хиггса не может быть точным руководством для предложения новой физики за пределами Стандартной модели, и утверждали, что суперсимметрия может быть реализована другим способом, который сохраняет унификацию калибровочной связи и имеет Кандидат на темную материю . В июне 2004 года Джан Джудис и Андреа Романино с общей точки зрения утверждали, что если кто-то хочет объединения калибровочных связей и кандидата на темную материю, то расщепленная суперсимметрия является одной из немногих существующих теорий.

Обзор

Новые легкие (~ ТэВ) частицы в расщепленной суперсимметрии (помимо частиц Стандартной модели)

Поле	Вращаться	Калибровочные заряды	Имя
${\tilde {g}}$	${\frac {1}{2}}$	$(8,1)_{0}$	глюино
${\tilde {W}}$	${\frac {1}{2}}$	$(1,3)_{0}$	вино
${\tilde {B}}$	${\frac {1}{2}}$	$(1,1)_{0}$	вы парни
${\tilde {H}}_{u}$	${\frac {1}{2}}$	$(1,2)_{\frac {1}{2}}$	Хиггсино
${\tilde {H}}_{d}$	${\frac {1}{2}}$	$(1,2)_{-{\frac {1}{2}}}$	Хиггсино

Лагранжиан для расщепленной суперсимметрии ограничен существованием суперсимметрии высоких энергий. В разделенной суперсимметрии существует пять связей: квартическая связь Хиггса и четыре связи Юкавы между Хиггсино, Хиггсом и Гауджино. Муфты задаются одним параметром, $\tan \beta$ , в масштабе, где суперсимметричные скаляры отделяются. Ниже масштаба нарушения суперсимметрии эти пять связей развиваются через уравнение ренормгруппы вплоть до ТэВного масштаба. На будущем линейном коллайдере эти связи можно будет измерить на уровне 1%, а затем ренормгруппа разовьется до высоких энергий, чтобы показать, что теория суперсимметрична в чрезвычайно высоком масштабе.

Долгоживущие глюино

Поразительной особенностью расщепленной суперсимметрии является то, что глюино становится квазистабильной частицей, время жизни которой может достигать 100 секунд. Глюино, проживавшее дольше, нарушило бы нуклеосинтез Большого взрыва или наблюдалось бы как дополнительный источник космических гамма-лучей. Глюино долгоживущее, потому что оно может распадаться только на скварк и кварк , а также потому, что скварки очень тяжелы и эти распады сильно подавляются. Таким образом, скорость распада глюино можно грубо оценить в натуральных единицах как ${{m_{g}}^{5} \over {m_{sq}}^{4}}$ где $m_{g}$ - глюино масса покоя и $m_{sq}$ масса покоя скварка . Для массы глюино порядка 1 ТэВ космологическая граница, упомянутая выше, устанавливает верхнюю границу примерно $10^{9}$ ГэВ на массы скварков .

Потенциально долгое время жизни глюино приводит к разным сигнатурам коллайдеров на Тэватроне и Большом адронном коллайдере . Есть три способа увидеть эти частицы:

Измерение отношения импульса к энергии или скорости в камерах слежения (dE/dx во внутренней камере слежения или p/v во внешней камере слежения за мюонами)
Ищем избыточные синглетные струи, возникающие в результате излучения в начальном или конечном состоянии.
Ищем глюино, которые остановились внутри детектора и позже распались. Такое событие может произойти, если глюино- адроны образуют экзотический адрон , который сильно взаимодействует с нуклоном в детекторе, создавая экзотический заряженный адрон . Последний будет замедляться за счет электромагнитного взаимодействия внутри детектора и в конечном итоге остановится.

Преимущества и недостатки

Расщепленная суперсимметрия позволяет объединить калибровочную связь, как это делает суперсимметрия, поскольку частицы, массы которых выходят далеко за пределы ТэВного масштаба, не играют важной роли в объединении. Этими частицами являются гравитино , которые имеют небольшую связь (порядка гравитационного взаимодействия) с другими частицами, и скалярные партнеры фермионов стандартной модели, а именно, скварков и слептонов . Последние перемещают бета-функции всех калибровочных связей вместе и не влияют на их объединение, поскольку в теории великого объединения они образуют полный SU(5) мультиплет , как и полное поколение частиц.

Сплит-суперсимметрия также решает космологическую проблему гравитино , поскольку масса гравитино намного превышает ТэВ .

Верхние границы скорости распада протонов также могут быть соблюдены, поскольку скварки тоже очень тяжелые.

С другой стороны, в отличие от обычной суперсимметрии , расщепленная суперсимметрия не решает проблему иерархии , которая была основной мотивацией предложений по новой физике за пределами Стандартной модели с 1979 года. Одно из предложений состоит в том, что проблема иерархии «решается» путем предположения тонкой тюнинг по антропным причинам .

История

Первоначальное отношение некоторых представителей физики высоких энергий к расщепленной суперсимметрии было проиллюстрировано пародией под названием « суперрасщепленная суперсимметрия» . Часто, когда предлагается новое понятие в физике, возникает рефлекторная реакция. Когда естественность в секторе Хиггса первоначально была предложена в качестве мотивации для новой физики, эта идея не была воспринята всерьез. После того как была предложена суперсимметричная Стандартная модель, Шелдон Глэшоу пошутил, что «половина частиц уже открыта». Спустя 25 лет понятие естественности настолько укоренилось в обществе, что предложение теории, не использующей естественность в качестве основной мотивации, подвергалось насмешкам. Сплит-суперсимметрия делает предсказания, которые отличаются как от Стандартной модели , так и от Минимальной суперсимметричной стандартной модели , и окончательная природа естественности в секторе Хиггса, как мы надеемся, будет определена на будущих коллайдерах.

Многие из первоначальных сторонников естественности больше не верят, что она должна быть исключительным ограничением новой физики. Кеннет Уилсон первоначально выступал за это, но недавно назвал это одной из своих самых больших ошибок в карьере. ^{[ нужна ссылка ]} Стивен Вайнберг ослабил понятие естественности космологической постоянной и в 1987 году выступил за экологическое объяснение. Леонард Сасскинд , первоначально предложивший техноцвет , является твердым сторонником понятия ландшафта и неестественности. Савас Димопулос , первоначально предложивший суперсимметричную Стандартную модель, предложил расщепленную суперсимметрию.

См. также

Внешние ссылки

Последствия нарушения суперсимметрии с помощью небольшой иерархии между Гаугино и скалярами Джеймс Д. Уэллс
Суперсимметричное объединение без низкоэнергетической суперсимметрии и сигнатуры для точной настройки на БАК, Нима Аркани-Хамед и Савас Димопулос
Сплит-суперсимметрия Г. Ф. Джудиче и А. Романино
Авторитетные статьи о Сплит-суперсимметрии