Minimal Süpersimetrik Standart Model - Minimal Supersymmetric Standard Model

Standart Modelin Ötesinde
Çarpışan protonların hadron jetlerine ve elektronlara bozunmasıyla üretilen bir Higgs bozonunu tasvir eden Simüle Edilmiş Büyük Hadron Çarpıştırıcısı CMS parçacık detektörü verileri
Standart Model
Kanıt
teoriler
süpersimetri
kuantum yerçekimi
deneyler
v T e

En az Süpersimetrik Standart Model ( MSSM ) bir uzantısıdır Standart model fark süpersimetri . MSSM, yalnızca "[minimum] sayıda yeni parçacık durumu ve fenomenolojiyle tutarlı yeni etkileşimleri" dikkate aldığı için minimal süpersimetrik modeldir . Süpersimetri çiftleri bozonlar ile fermiyonlar her standart model parçacık superpartner sahiptir, böylece henüz keşfedilmemiş. Bu süper parçacıkları bulursak, bu, karanlık madde gibi parçacıkları keşfetmeye eşittir , büyük birleşme için kanıt sağlayabilir ve sicim teorisinin doğayı tanımlayıp tanımlamadığına dair ipuçları sağlayabilir . Büyük Hadron Çarpıştırıcısı kullanılarak süpersimetri için kanıt bulunamaması, onu terk etme eğilimini gösteriyor.

Arka plan

MSSM ilk olarak 1981'de zayıf ölçeği stabilize etmek ve hiyerarşi problemini çözmek için önerildi . Higgs bozonu Standart Model'in kitle kuantum düzeltmeleri kararsız olduğu ve teori zayıf ölçek olduğu görülmektedir olandan daha zayıf olması gerektiğini öngörür. MSSM olarak, Higgs bozonu bir fermiyonik superpartner sahip Higgsino bu süpersimetri tam bir simetri edildi eğer aynı kütleye sahiptir. Fermiyon kütleleri ışınımsal olarak kararlı olduğundan, Higgs kütlesi bu kararlılığı devralır. Ancak MSSM'de aşağıda açıklandığı gibi birden fazla Higgs alanına ihtiyaç vardır .

Süpersimetri keşfini iddia etmenin tek açık yolu, laboratuvarda süper parçacıklar üretmektir. Süper parçacıkların protondan 100 ila 1000 kat daha ağır olması beklendiğinden, bu parçacıkları yapmak için yalnızca parçacık hızlandırıcılarda elde edilebilecek çok büyük miktarda enerji gerekir. Tevetron o 2011. Çoğu fizikçiler bu süpersimetri keşfedildi edilmelidir inanıyoruz 30 Eylül'de kapatıldı önce aktif süpersimetrik parçacıkların üretiminin delil arıyordu LHC zayıf ölçek stabilize sorumludur eğer. : Standart Model'in superpartners düşmek o parçacığın beş sınıfları vardır squarks , Gluinolar , charginos , neutralinos ve sleptons . Bu süper parçacıkların MSSM tarafından tanımlanan etkileşimleri ve sonraki bozunmaları vardır ve her birinin karakteristik imzaları vardır.

MSSM'de lezzet değiştiren nötr akım işlemine bir örnek. Garip bir kuark bir bino yayar, sdown tipi bir kuarka dönüşür, bu daha sonra bir Z bozonu yayar ve binoyu yeniden emerek aşağı kuark haline gelir. MSSM squark kütleleri tadı ihlal ediyorsa, böyle bir süreç meydana gelebilir.

MSSM , protonun kararlılığını açıklamak için R-paritesi uygular . Bazı bilinmeyen (ve belirtilmemiş) dinamikler tarafından kendisine iletilen Lagrange'a açık yumuşak süpersimetri kırma operatörleri ekleyerek süpersimetri kırma ekler . Bu, MSSM'de 120 yeni parametre olduğu anlamına gelir. Bu parametrelerin çoğu , nötron ve elektron için büyük tat değiştiren nötr akımlar veya büyük elektrik dipol momentleri gibi kabul edilemez fenomenolojiye yol açar . Bu problemlerden kaçınmak için, MSSM, tüm yumuşak süpersimetri kırılmasını, lezzet uzayında diyagonal olarak ve tüm yeni CP ihlal eden fazların ortadan kalkması için alır.

teorik motivasyonlar

Standart Modelin diğer teorik uzantılarına göre MSSM için üç temel motivasyon vardır, yani:

• doğallık
• Gösterge birleştirme birleştirme
• Karanlık madde

Bu motivasyonlar fazla çaba harcamadan ortaya çıkar ve MSSM'nin Tevatron veya LHC gibi çarpıştırıcı deneylerinde keşfedilecek yeni bir teori için önde gelen aday olmasının başlıca nedenleridir .

doğallık

İptali Higgs bozonu kuadratik kitle renormalizasyona arasındaki fermiyonik üst kuark döngü ve skaler tavanın squark Feynman diyagramlarının bir de süpersimetrik uzatılması Standart model

MSSM'yi önermenin orijinal motivasyonu, Higgs kütlesini Standart Model'de ( hiyerarşi problemi ) ikinci dereceden farklı olan ışınımsal düzeltmelere stabilize etmekti . Süpersimetrik modellerde, skalerler fermiyonlarla ilişkilidir ve aynı kütleye sahiptir. Fermiyon kütleleri logaritmik olarak farklı olduğundan, skaler kütleler aynı ışınım kararlılığını miras alır. Higgs vakum beklenti değeri (VEV) , Lagrange'daki negatif skaler kütle ile ilgilidir. Higgs kütlesindeki ışınımsal düzeltmelerin gerçek değerden önemli ölçüde büyük olmaması için, Standart Modelin süper ortaklarının kütlesi Higgs VEV'den önemli ölçüde daha ağır olmamalıdır - kabaca 100 GeV. 2012 yılında Higgs parçacığı LHC'de keşfedildi ve kütlesi 125-126 GeV olarak bulundu.

Gösterge-kaplin birleştirme

Standart Modelin süper ortakları TeV ölçeğine yakınsa, o zaman üç gösterge grubunun ölçülen ayar kaplinleri yüksek enerjilerde birleşir. Beta-fonksiyonlar MSSM göstergesi bağlantıları için tarafından verilmektedir

Gösterge Grubu	${\displaystyle \alpha ^{-1}(M_{Z^{0}})}$	${\displaystyle b_{0}^{\mathrm {MSSM} }}$
SU(3)	8.5	${\görüntüleme stili -3}$
SU(2)	29.6	${\görüntüleme stili +1}$
U(1)	59.2	${\displaystyle +6{\frac {3}{5}}}$

nerede SU(5) normalizasyonunda ölçülür— Standart Modelin normalleştirmesinden farklı ve Georgi–Glashow SU(5) tarafından tahmin edilen bir faktör . ${\displaystyle \alpha _{1}^{-1}}$${\displaystyle {\frac {3}{5}}}$

Bir döngüde gösterge birleştirme birleşmesi için koşul, aşağıdaki ifadenin karşılanıp karşılanmadığıdır . ${\displaystyle {\frac {\alpha _{3}^{-1}-\alpha _{2}^{-1}}{\alpha _{2}^{-1}-\alpha _{1} ^{-1}}}={\frac {b_{0\,3}-b_{0\,2}}{b_{0\,2}-b_{0\,1}}}}$

Dikkat çekici bir şekilde, bu, değerlerindeki deneysel hatalara tam olarak uymaktadır . İki döngü düzeltmesi vardır ve hem TeV ölçeğinde hem de GUT ölçeğinde eşik düzeltmeleri , bu durumu ölçer birleştirme birleştirmesinde değiştirir ve daha kapsamlı hesaplamaların sonuçları, gösterge birleştirme birleştirmesinin yaklaşık % 1 doğrulukla gerçekleştiğini ortaya koymaktadır, ancak bu yaklaşık 3'tür. teorik beklentilerden standart sapmalar. ${\displaystyle \alpha ^{-1}(M_{Z^{0}})}$

Bu tahmin genellikle hem MSSM hem de SUSY GUT'lar için dolaylı kanıt olarak kabul edilir . Gösterge birleştirme birleşmesi, mutlaka büyük birleştirme anlamına gelmez ve gösterge birleştirme birleştirmesini yeniden üretmek için başka mekanizmalar vardır. Bununla birlikte, yakın gelecekte süpereşler bulunursa, ayar birleştirme birleştirmesinin görünen başarısı, süpersimetrik büyük birleşik teorinin yüksek ölçekli fizik için umut verici bir aday olduğunu düşündürür.

Karanlık madde

Eğer R parite korunur, daha sonra hafif Süper parçacık ( LSP MSSM arasında) kararlı olan ve a Zayıf etkileşim büyük parçacık (WIMP) - yani, elektromanyetik ya da kuvvetli etkileşimleri bulunmamaktadır. Bu, LSP'yi iyi bir karanlık madde adayı yapar ve soğuk karanlık madde (CDM) kategorisine girer .

MSSM'nin hadron çarpıştırıcıları ile ilgili tahminleri

Tevetron ve LHC süpersimetrik parçacıklar ararken aktif deneysel programları var. Bu makinelerin her ikisi de hadron çarpıştırıcıları olduğundan (Tevatron için proton antiproton ve LHC için proton protonu) güçlü etkileşimli parçacıkları en iyi şekilde ararlar. Bu nedenle, çoğu deneysel imza, squark veya gluinos üretimini içerir . MSSM'nin R-paritesi olduğundan , en hafif süpersimetrik parçacık kararlıdır ve squarklar ve gluinos bozunmasından sonra her bozunma zinciri, dedektörü görünmez bırakacak bir LSP içerecektir. Bu, MSSM'nin dedektörden ayrılan bu parçacıklardan bir ' eksik enerji ' sinyali üreteceği genel tahminine yol açar .

nötrinolar

Dört vardır neutralinos tipik olarak stabil olan hafif olan, elektriksel olarak nötr fermiyondur ve vardır. Genellikle etiketlenirler
N⁰
₁,
N⁰
₂,
N⁰
₃,
N⁰
₄(bazen bunun yerine kullanılmasına rağmen ). Bu dört durum Bino ve nötr Wino (nötr elektrozayıf Gauginos olan ) ve nötr Higgsinos'un karışımlarıdır . Neutralinos olduğundan Majorana fermiyonlar , bunların her biri ile aynıdır antiparçacık . Bu parçacıklar yalnızca zayıf vektör bozonları ile etkileşime girdiğinden, hadron çarpıştırıcılarında doğrudan çok sayıda üretilmezler. Genellikle squarklar veya gluinolar gibi renkli süpersimetrik parçacıklardan kaynaklanan daha ağır parçacıkların kademeli bozunmalarında parçacıklar olarak görünürler. ${\displaystyle {\tilde {\chi }}_{1}^{0},\ldots ,{\tilde {\chi }}_{4}^{0}}$

İçinde R-parite modelini muhafaza ederek hafif neutralino bozunmaktadır görünmeyen detektörü bırakır ve varlığı sadece detektör dengesiz ivme bakarak anlaşılabilir, bu partiküle çürüyen sonuna kadar sabit ve tüm süpersimetrik basamakları olup.

Daha ağır nötrinolar tipik olarak bir
Z⁰
daha hafif bir nötrinoya veya
W^±
chargino'ya. Böylece tipik bir bozunma

N0 2

→

N0 1

+

Z0

→

Eksik enerji

+

ℓ+

+

ℓ-

N0 2

→

C± 1

+

W∓

→

N0 1

+

W±

+

W∓

→

Eksik enerji

+

ℓ+

+

ℓ-

"Eksik enerji" yan ürününün nötrino'nun kütle enerjisini temsil ettiğine dikkat edin ( 
N⁰
₁ ) ve ikinci satırda, bir nötrino - antinötrino çiftinin kütle enerjisi ( 
ν
+
ν
 ) son bozunmada lepton ve antilepton ile üretilir, bunların hepsi mevcut teknoloji ile bireysel reaksiyonlarda saptanamaz. Kitle ayrışması farklı neutralinos arasındaki bozunumu desenler izin verilen belirleyecektir.

şarjörler

Fermiyon olan ve elektrikle yüklü iki Charginos vardır. Genellikle etiketlenirler
C^±
₁ ve
C^±
₂(bazen ve bunun yerine kullanılmasına rağmen ). Daha ağır chargino bozunabilir${\displaystyle {\tilde {\chi }}_{1}^{\pm }}$${\displaystyle {\tilde {\chi }}_{2}^{\pm }}$
Z⁰
daha hafif chargino'ya. Her ikisi de bir
W^±
nötrino için.

squarklar

Squarks kuark sayıl superpartners ve her Standart Model kuark için bir sürümü var. Lezzet değiştiren nötr akımlardan kaynaklanan fenomenolojik kısıtlamalar nedeniyle, tipik olarak daha hafif olan iki nesil squarkların kütle olarak hemen hemen aynı olması gerekir ve bu nedenle farklı isimler verilmez. Üst ve alt kuarkın süpereşleri, daha hafif squarklardan ayrılabilir ve dur ve sbottom olarak adlandırılır .

Diğer yönde, eş kuarkların üst ve alt kütlelerinin yüksek kütleleri nedeniyle durakların ve altların kayda değer bir sol-sağ karışımı olabilir : ${\görüntüleme stili {\tilde {t}}}$${\görüntüleme stili {\tilde {b}}}$

${\displaystyle {\tilde {t}}_{1}=e^{+i\phi }\cos(\theta ){\tilde {t_{L}}}+\sin(\theta ){\tilde { t_{R}}}}$

${\displaystyle {\tilde {t}}_{2}=e^{-i\phi }\cos(\theta ){\tilde {t_{R}}}-\sin(\theta ){\tilde { t_{L}}}}$

Benzer bir hikaye , kendi parametreleri ve . ${\görüntüleme stili {\tilde {b}}}$${\görüntüleme stili\phi }$${\görüntüleme stili\teta }$

Squarklar güçlü etkileşimler yoluyla üretilebilir ve bu nedenle hadron çarpıştırıcılarında kolayca üretilebilir. Daha fazla bozunan kuarklara ve nötrinolara veya charginoslara bozunurlar. R-parite koruma senaryolarında, squarklar çift üretilir ve bu nedenle tipik bir sinyal şu ​​şekildedir:

${\displaystyle {\tilde {q}}{\tilde {\bar {q}}}\rightarrow q{\tilde {N}}_{1}^{0}{\bar {q}}{\tilde { N}}_{1}^{0}\rightarrow }$ 2 jet + eksik enerji

${\displaystyle {\tilde {q}}{\tilde {\bar {q}}}\rightarrow q{\tilde {N}}_{2}^{0}{\bar {q}}{\tilde { N}}_{1}^{0}\rightarrow q{\tilde {N}}_{1}^{0}\ell {\bar {\ell }}{\bar {q}}{\tilde { N}}_{1}^{0}\rightarrow }$ 2 jet + 2 lepton + eksik enerji

Gluinolar

Gluinolar olan Majorana ait fermiyonik ortakları gluon kendi karşıt parçacıkların olduğu anlamına gelir. Güçlü bir şekilde etkileşime girerler ve bu nedenle LHC'de önemli ölçüde üretilebilirler. Sadece bir kuark ve bir squark'a bozunabilirler ve bu nedenle tipik bir gluino sinyali

${\displaystyle {\tilde {g}}{\tilde {g}}\rightarrow (q{\tilde {\bar {q}}})({\bar {q}}{\tilde {q}})\ sağ ok (q{\bar {q}}{\tilde {N}}_{1}^{0})({\bar {q}}q{\tilde {N}}_{1}^{0} )\sağ ok }$ 4 jet + Eksik enerji

Gluinolar Majorana olduğundan, gluinolar eşit olasılıkla bir kuark+karşıt-karşıt veya bir karşı-kuark+karşıtıya bozunabilir. Bu nedenle, gluino çiftleri bozunabilir.

${\displaystyle {\tilde {g}}{\tilde {g}}\rightarrow ({\bar {q}}{\tilde {q}})({\bar {q}}{\tilde {q}} )\rightarrow (q{\bar {q}}{\tilde {C}}_{1}^{+})(q{\bar {q}}{\tilde {C}}_{1}^{ +})\rightarrow (q{\bar {q}}W^{+})(q{\bar {q}}W^{+})\rightarrow }$4 jet+ + Eksik enerji${\görüntüleme stili\el ^{+}\el ^{+}}$

Bu ayırt edici bir imzadır çünkü aynı işaretli di-leptonlara sahiptir ve Standart Modelde çok az arka plana sahiptir.

Sleptonlar

Sleptonlar , Standart Modeldeki leptonların skaler ortaklarıdır . Güçlü bir şekilde etkileşime girmezler ve bu nedenle çok hafif olmadıkça hadron çarpıştırıcılarında çok sık üretilmezler.

Tau leptonunun yüksek kütlesi nedeniyle, stau'nun stop ve sbottom'a benzer şekilde sol-sağ karışımı olacaktır (yukarıya bakın).

Sleptonlar, bozunma ürünü olacak kadar hafiflerse, tipik olarak bir charginos ve nötrinoların bozunmalarında bulunurlar.

${\displaystyle {\tilde {C}}^{+}\rightarrow {\tilde {\ell }}^{+}\nu }$

${\displaystyle {\tilde {N}}^{0}\rightarrow {\tilde {\ell }}^{+}\ell ^{-}}$

MSSM alanları

Fermionlar sahip bozonik superpartners (denilen sfermions) ve bozonlar fermiyonik superpartners (adlandırılır sahip bosinos ). Standart Model parçacıkların çoğu için, ikiye katlama çok basittir. Ancak Higgs bozonu için durum daha karmaşıktır.

Tek bir Higgsino (Higgs bozonunun fermiyonik süper ortağı) bir ayar anomalisine yol açacak ve teorinin tutarsız olmasına neden olacaktır. Ancak, iki Higgsinos eklenirse, mastar anomalisi olmaz. En basit teori, iki Higgsinos ve dolayısıyla iki skaler Higgs ikilisi olan bir teoridir . İki sayısal Higgs ikilileri yerine birine sahip bir diğer nedeni olması için ise Yukawa kaplinleri Higgs ve her ikisi arasındaki aşağı-tipi kuarklar ve yukarı-tipi kuarklar ; bunlar kuarkların kütlelerinden sorumlu terimlerdir. Standart Modelde, aşağı tip kuarklar Higgs alanıyla eşleşir (ki bu Y=−1/2) Ve yukarı-tipi kuark onun için kompleks konjügatı (ki vardır, Y = +1/2). Bununla birlikte, süpersimetrik bir teoride buna izin verilmez, bu nedenle iki tür Higgs alanına ihtiyaç vardır.

SM Parçacık tipi	parçacık	Sembol	Döndürmek	R-Parite	süper ortak	Sembol	Döndürmek	R-parite
fermiyonlar	kuark	${\görüntüleme stili q}$	${\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}}$	+1	kıvılcım	${\görüntüleme stili {\tilde {q}}}$	0	-1
	lepton	${\görüntüleme stili\el }$	${\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}}$	+1	uyku	${\görüntüleme stili {\tilde {\ell }}}$	0	-1
bozonlar	W	${\görüntüleme stili W}$	1	+1	şarap	${\görüntüleme stili {\tilde {W}}}$	${\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}}$	-1
	B	${\görüntüleme stili B}$	1	+1	bino	${\görüntüleme stili {\tilde {B}}}$	${\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}}$	-1
	gluon	${\görüntüleme stili g}$	1	+1	glüino	${\görüntüleme stili {\tilde {g}}}$	${\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}}$	-1
Higgs bozonları	Higgs	${\displaystyle h_{u},h_{d}}$	0	+1	Higgsinos	${\displaystyle {\tilde {h}}_{u},{\tilde {h}}_{d}}$	${\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\end{matrix}}}$	-1

MSSM süper alanları

Süpersimetrik teorilerde, her alan ve onun süper ortağı birlikte bir süper alan olarak yazılabilir . Süpersimetrinin süper alan formülasyonu, açıkça süpersimetrik teorileri yazmak için çok uygundur (yani, teorinin Lagrange'da terim terim süpersimetrik olduğunu sıkıcı bir şekilde kontrol etmek zorunda değildir). MSSM, vektör bozonlarını ve ilişkili gauginoları içeren Standart Model ayar gruplarıyla ilişkili vektör süper alanlarını içerir . Ayrıca Standart Model fermiyonları ve Higgs bozonları (ve onların ilgili süpereşleri) için kiral süper alanlar içerir .

alan	çokluk	temsil	Z 2 -parite	Standart Model parçacık
Q	3	${\displaystyle (3,2)_{\frac {1}{6}}}$	-	solak kuark ikilisi
u c	3	${\displaystyle ({\bar {3}},1)_{-{\frac {2}{3}}}}$	-	sağ elini kullanan yukarı tip anti-kuark
D c	3	${\displaystyle ({\bar {3}},1)_{\frac {1}{3}}}$	-	sağ elini kullanan aşağı tip anti-kuark
L	3	${\displaystyle (1,2)_{-{\frac {1}{2}}}}$	-	solak lepton ikilisi
E c	3	${\displaystyle (1,1)_{1{\frac {}{}}}}$	-	sağ elini kullanan anti-lepton
H u	1	${\displaystyle (1,2)_{\frac {1}{2}}}$	+	Higgs
H d	1	${\displaystyle (1,2)_{-{\frac {1}{2}}}}$	+	Higgs

MSSM Higgs Kütlesi

MSSM Higgs Kütlesi, Minimal Süpersimetrik Standart Modelin bir tahminidir. En hafif Higgs bozonunun kütlesi, Higgs kuartik eşleşmesi tarafından belirlenir . Kuartik eşleşmeler, Higgs kütlesinin ikinci dereceden bir sapmaya yol açtıklarından, yumuşak süpersimetri kırıcı parametreler değildir. Ayrıca, Higgs kütlesini MSSM'de (minimal olmayan uzantılarda olmasa da) serbest bir parametre yapacak süpersimetrik parametreler yoktur. Bu, Higgs kütlesinin MSSM'nin bir tahmini olduğu anlamına gelir. LEP II ve IV deney 114.4 arasında Higgs kütlesi üzerinde alt sınır yerleştirilir  GeV'e . Bu alt sınır, MSSM'nin tipik olarak bunu tahmin edeceği ancak MSSM'yi dışlamadığı yerde önemli ölçüde yüksektir; 125 GeV'lik bir kütleye sahip Higgs'in keşfi, MSSM içindeki döngü düzeltmelerinin Higgs kütlesini yükselteceği yaklaşık 130 GeV'lik maksimum üst sınır içindedir. MSSM'nin savunucuları, Higgs kütlesinin MSSM hesaplamasının üst sınırı içindeki bir Higgs kütlesinin, beklenenden daha fazla ince ayara işaret etmesine rağmen başarılı bir tahmin olduğuna dikkat çekiyor.

formüller

MSSM'deki Higgs için bir kuartik bağlaşım oluşturan tek susy-koruyan operatör , SU(2) ve U(1) ölçü sektörünün D-terimleri için ortaya çıkar ve dörtlü bağlaşımın büyüklüğü, boyutuna göre belirlenir. ölçü kaplinleri.

Bu, Standart Model benzeri Higgs kütlesinin (yaklaşık olarak VEV ile eşleşen skaler) Z kütlesinden daha az olmasıyla sınırlı olduğu tahminine yol açar:

${\displaystyle m_{h^{0}}^{2}\leq m_{Z^{0}}^{2}\cos ^{2}2\beta }$ .

Süpersimetri bozulduğundan, Higgs kütlesini artırabilecek kuartik eşleşmede ışınımsal düzeltmeler vardır. Bunlar ağırlıklı olarak 'en üst sektörden' kaynaklanmaktadır:

${\displaystyle m_{h^{0}}^{2}\leq m_{Z^{0}}^{2}\cos ^{2}2\beta +{\frac {3}{\pi ^{ 2}}}{\frac {m_{t}^{4}\sin ^{4}\beta }{v^{2}}}\log {\frac {m_{\tilde {t}}}{m_ {T}}}}$

nerede olduğu üst kütlesi ve üst kütlesidir squark . Bu sonuç , Higgs kuartik eşleşmesinin süpersimetri ölçeğinden üst kütleye doğru RG çalışması olarak yorumlanabilir - ancak üst squark kütlesinin üst kütleye nispeten yakın olması gerektiğinden, bu genellikle oldukça mütevazı bir katkıdır ve Higgs'i arttırır. üst squark çok ağır hale gelmeden önce kütle kabaca 114 GeV'lik LEP II sınırına ulaşır. ${\displaystyle m_{t}}$${\displaystyle m_{\tilde {t}}}$

Son olarak, en iyi squark A terimlerinden bir katkı var:

${\displaystyle {\mathcal {L}}=y_{t}\,m_{\tilde {t}}\,a\;h_{u}{\tilde {q}}_{3}{\tilde {u }}_{3}^{c}}$

boyutsuz bir sayı nerede . Bu, döngü düzeyinde Higgs kütlesine ek bir terim ekler, ancak logaritmik olarak geliştirilmez ${\görüntüleme stili bir}$

${\displaystyle m_{h^{0}}^{2}\leq m_{Z^{0}}^{2}\cos ^{2}2\beta +{\frac {3}{\pi ^{ 2}}}{\frac {m_{t}^{4}\sin ^{4}\beta }{v^{2}}}\left(\log {\frac {m_{\tilde {t}} }{m_{t}}}+a^{2}(1-a^{2}/12)\sağ)}$

iterek ('maksimal karıştırma' olarak bilinir), üst squark'ı ayırmadan veya MSSM'ye yeni dinamikler eklemeden Higgs kütlesini 125 GeV'ye zorlamak mümkündür. ${\displaystyle a\sağ ok {\sqrt {6}}}$

Higgs, LHC'de yaklaşık 125 GeV'de (başka hiçbir süperpartikül olmadan ) bulunduğundan, bu, 'Minimal Süpersimetrik Standart Modelin Yanında ' ( NMSSM ) gibi MSSM'nin ötesindeki yeni dinamiklere güçlü bir şekilde işaret ediyor ; ve küçük hiyerarşi sorunuyla bazı korelasyonlar önerir .

MSSM Lagrange

MSSM için Lagrange birkaç parça içerir.

• Birincisi madde için Kähler potansiyeli ve alanlar için kinetik terimleri üreten Higgs alanlarıdır.
• İkinci parça ayar bozonları ve gauginolar için kinetik terimleri üreten ayar alanı süperpotansiyelidir.
• Bir sonraki terim, madde ve Higgs alanları için süper potansiyeldir . Bunlar, Standart Model fermiyonları için Yukawa bağlantılarını ve ayrıca Higgsinos için kütle terimini üretir . Etkileyici sonra R-parite , renormalize , ayar değişmez superpotential olarak operatörleri

${\displaystyle W_{}^{}=\mu H_{u}H_{d}+y_{u}H_{u}QU^{c}+y_{d}H_{d}QD^{c}+y_ {l}H_{d}LE^{c}}$

Sabit terim, küresel süpersimetride ( süper yerçekiminin aksine ) fiziksel değildir .

yumuşak susy kırma

MSSM Lagrange'ın son parçası, Lagrange kıran yumuşak süpersimetridir. MSSM parametrelerinin büyük çoğunluğu susy kırma Lagrange'dadır. Yumuşak susy kırma kabaca üç parçaya bölünür.

• Bunlardan ilki gaugino kütleleridir.

${\displaystyle {\mathcal {L}}\supset m_{\frac {1}{2}}{\tilde {\lambda }}{\tilde {\lambda }}+{\text{hc}}}$

Gauginos nerede ve wino , bino ve gluino için farklıdır. ${\ Displaystyle {\tilde {\lambda }}}$${\displaystyle m_{\frac {1}{2}}}$

• Sonraki, skaler alanlar için yumuşak kütlelerdir.

${\displaystyle {\mathcal {L}}\supset m_{0}^{2}\phi ^{\hançer }\phi }$

nerede MSSM skaler herhangi biridir ve olan mastar kuantum sayılarının belirli bir setin squarks ve sleptons için Hermit matrisleri. Özdeğerler bu matrislerin aslında oldukça kitleler yerine, kare kitlelerdir. ${\görüntüleme stili\phi }$${\görüntüleme stili m_{0}}$${\ Displaystyle 3\time 3}$

• Orada ve tarafından verilen terimler${\görüntüleme stili A}$${\görüntüleme stili B}$

${\displaystyle {\mathcal {L}}\supset B_{\mu }h_{u}h_{d}+Ah_{u}{\tilde {q}}{\tilde {u}}^{c}+Ah_ {d}{\tilde {q}}{\tilde {d}}^{c}+Ah_{d}{\tilde {l}}{\tilde {e}}^{c}+{\text{hc }}}$

Terimlerdir sayıl kitleler gibi çok karmaşık matrisler. ${\görüntüleme stili A}$${\ Displaystyle 3\time 3}$

• Yumuşak terimlerle ilgili olarak sık sık bahsedilmese de, gözlemle tutarlı olması için, aşağıdakiler tarafından verilen Gravitino ve Goldstino yumuşak kütleleri de dahil edilmelidir.

${\displaystyle {\mathcal {L}}\supset m_{3/2}\Psi _{\mu }^{\alpha }(\sigma ^{\mu \nu })_{\alpha }^{\beta }\Psi _{\beta }+m_{3/2}G^{\alpha }G_{\alpha }+{\text{hc}}}$

Bu yumuşak terimlerin sık sık bahsedilmemesinin nedeni, bunların global süpersimetriden değil, yerel süpersimetriden ortaya çıkmalarıdır, ancak aksi takdirde gerekli olmalarına rağmen Goldstino kütlesiz olsaydı gözlemle çelişirdi. Goldstino modu, Gravitino tarafından, Goldstino'nun olası "kütle" terimini de emen bir gösterge kayması yoluyla devasa hale gelmek için yenir.

MSSM ile ilgili sorunlar

MSSM ile ilgili birkaç sorun var - bunların çoğu parametreleri anlamaya düşüyor.

• U sorun : Higgsino aşağıdaki terim olarak kütle parametre μ görünür superpotential Imh: _U H _{, d} . Elektrozayıf skala ile aynı büyüklük mertebesine sahip olmalıdır , doğal eşik skalası olan Planck skalasınınkinden birçok büyüklük mertebesi daha küçüktür . Yumuşak süpersimetri kırma terimleri de elektrozayıf skala ile aynı büyüklük mertebesinde olmalıdır . Bu da bir doğallık sorununu beraberinde getiriyor : Bu ölçekler neden kesme ölçeğinden çok daha küçük ama birbirine bu kadar yakın düşüyor?
• Yumuşak kütlelerin ve A-terimlerinin lezzet evrenselliği: Şimdiye kadar standart model tarafından tahmin edilene ek bir tat karışımı keşfedilmediği için, MSSM Lagrange'daki ek terimlerin katsayıları, en azından yaklaşık olarak tat değişmezi olmalıdır (yani, tüm tatlar için aynı).
• CP'yi ihlal eden fazların küçüklüğü: Şimdiye kadar standart model tarafından tahmin edilene ek bir CP ihlali keşfedilmediğinden, MSSM Lagrange'daki ek terimler, en azından yaklaşık olarak CP değişmez olmalıdır, böylece CP'yi ihlal eden fazlar küçük olur.

süpersimetri kırılma teorileri

Süpereş kütlelerinde ve etkileşimlerinde istenen özellikleri üreten yumuşak süpersimetri kırılma mekanizmasını anlamaya çalışmak için büyük miktarda teorik çaba harcanmıştır . En kapsamlı olarak incelenen üç mekanizma şunlardır:

Yerçekimi aracılı süpersimetri kırılması

Yerçekimi aracılı süpersimetri kırılması, süpersimetri kırılmasını yerçekimi etkileşimleri yoluyla süpersimetrik Standart Modele iletme yöntemidir. Süpersimetri kırılmasını iletmek için önerilen ilk yöntemdi. Yerçekimi aracılı süpersimetri kırma modellerinde, teorinin yalnızca yerçekimi etkileşimi yoluyla MSSM ile etkileşime giren bir kısmı vardır. Teorinin bu gizli sektörü süpersimetriyi bozar. Süpersimetrik sürümü sayesinde Higgs mekanizması , gravitino , GRAVITON süpersimetrik versiyonu, bir kitle kazanır. Gravitino bir kütleye sahip olduktan sonra, gravitino kütlesinin altında yumuşak kütlelere yapılan yerçekimsel ışınımsal düzeltmeler tam olarak iptal edilir.

Şu anda MSSM'den tamamen ayrılmış bir sektöre sahip olmanın genel olmadığına ve Planck ölçeği tarafından bastırılan yüksek boyutlu operatörlerle farklı sektörleri birleştiren daha yüksek boyutlu operatörlerin olması gerektiğine inanılmaktadır. Bu operatörler, kütleçekimsel döngüler kadar yumuşak süpersimetri kırma kütlelerine katkı sağlar; bu nedenle, bugün insanlar genellikle yerçekimi aracılığını gizli sektör ve MSSM arasındaki yerçekimi boyutundaki doğrudan etkileşimler olarak görmektedir.

mSUGRA , minimum süper yerçekimi anlamına gelir. Süpersimetri kırılmasının süper yerçekimi etkileşimleri yoluyla iletildiği N = 1 süper yerçekimi çerçevesi içinde gerçekçi bir etkileşim modelinin inşası , 1982'de Ali Chamseddine , Richard Arnowitt ve Pran Nath tarafından gerçekleştirildi. mSUGRA , en çok araştırılan parçacık modellerinden biridir. Büyük Birleşme ölçeğinden düşük enerji fenomenolojisini belirlemek için sadece 4 giriş parametresi ve bir işaret gerektiren öngörücü gücü nedeniyle fizik . En yaygın olarak kullanılan parametre seti:

Sembol	Açıklama
${\görüntüleme stili m_{0}}$	Büyük Birleşme ölçeğinde skalerlerin (sleptonlar, squarklar, Higgs bozonları) ortak kütlesi
${\displaystyle m_{1/2}}$	Büyük Birleşme ölçeğinde gaugino ve higgsinoların ortak kütlesi
${\displaystyle A_{0}}$	ortak trilineer kuplaj
${\ Displaystyle \ tan \ beta }$	iki Higgs ikilisinin vakum beklentisi değerlerinin oranı
${\displaystyle \mathrm {işaret} (\mu )}$	higgsino kütle parametresinin işareti

Yerçekimi Aracılı Süpersimetri Kırılması, yerçekiminin evrenselliği nedeniyle evrensel lezzet olarak kabul edildi; ancak 1986'da Hall, Kostelecky ve Raby, Standart Model Yukawa eşleşmelerini oluşturmak için gerekli olan Planck ölçekli fiziğin süpersimetri kırılmasının evrenselliğini bozduğunu gösterdi.

Gösterge aracılı süpersimetri kırılması (GMSB)

Gösterge aracılı süpersimetri kırılması, Süpersimetri kırılmasını Standart Modelin gösterge etkileşimleri yoluyla süpersimetrik Standart Modele iletme yöntemidir. Tipik olarak bir gizli sektör, süpersimetriyi bozar ve bunu Standart Model kapsamında yüklenen devasa haberci alanlarına iletir. Bu haberci alanlar, bir döngüde bir gaugino kütlesini indükler ve daha sonra bu, iki döngüde skaler süpereşlere iletilir. 2 TeV'nin altında stop squark'ları gerektiren, tahmin edilen maksimum Higgs bozon kütlesi sadece 121.5GeV'dir. Higgs'in 125GeV'de keşfedilmesiyle - bu model 2 TeV'nin üzerinde durmalar gerektirir.

Anomali aracılı süpersimetri kırılması (AMSB)

Anormallik aracılı süpersimetri kırılması, süpersimetri kırılmasının konformal anomali yoluyla süpersimetrik Standart Modele iletilmesiyle sonuçlanan yerçekimi aracılı süpersimetri kırılmasının özel bir türüdür. 2 TeV'nin altında stop squark'ları gerektiren, tahmin edilen maksimum Higgs bozon kütlesi sadece 121.0GeV'dir. Higgs'in 125GeV'de keşfedilmesiyle - bu senaryo 2 TeV'den daha ağır duruşlar gerektirir.

Fenomenolojik MSSM (pMSSM)

Kısıtlanmamış MSSM, Standart Model parametrelerine ek olarak 100'den fazla parametreye sahiptir. Bu, herhangi bir fenomenolojik analizi (örneğin, gözlemlenen verilerle tutarlı olan parametre uzayında bölgelerin bulunması) pratik hale getirir. Aşağıdaki üç varsayım altında:

• yeni bir CP ihlali kaynağı yok
• Lezzet Değişmeyen Nötr Akımlar
• birinci ve ikinci nesil evrensellik

ek parametrelerin sayısı aşağıdaki 19 fenomenolojik MSSM (pMSSM) miktarına düşürülebilir: pMSSM'nin geniş parametre alanı, pMSSM'de aramaları son derece zorlaştırır ve pMSSM'nin hariç tutulmasını zorlaştırır.

Sembol	Açıklama	parametre sayısı
${\ Displaystyle \ tan \ beta }$	iki Higgs ikilisinin vakum beklentisi değerlerinin oranı	1
${\ Displaystyle M_{A}}$	pseudoskalar Higgs bozonunun kütlesi	1
${\görüntüleme stili \mu }$	higgsino kütle parametresi	1
${\displaystyle M_{1}}$	bino kütle parametresi	1
${\ Displaystyle M_{2}}$	wino kütle parametresi	1
${\ Displaystyle M_{3}}$	gluino kütle parametresi	1
${\displaystyle m_{\tilde {q}},m_{{\tilde {u}}_{R}},m_{{\tilde {d}}_{R}}}$	birinci ve ikinci nesil squark kütleleri	3
${\displaystyle m_{\tilde {l}},m_{{\tilde {e}}_{R}}}$	birinci ve ikinci nesil uyku kitleleri	2
${\displaystyle m_{\tilde {Q}},m_{{\tilde {t}}_{R}},m_{{\tilde {b}}_{R}}}$	üçüncü nesil squark kütleleri	3
${\displaystyle m_{\tilde {L}},m_{{\tilde {\tau }}_{R}}}$	üçüncü nesil uyudu kitleler	2
${\displaystyle A_{t},A_{b},A_{\tau }}$	üçüncü nesil trilineer kaplinler	3

deneysel testler

karasal dedektörler

XENON1T'nin (bir karanlık madde WIMP dedektörü - 2016'da devreye alınması) CMSSM gibi süpersimetri adaylarını keşfetmesi/test etmesi bekleniyor .

Ayrıca bakınız

• Çöl (parçacık fiziği)

Referanslar

Dış bağlantılar

• arxiv.org üzerinde MSSM
• Stephen P. Martin (1997). "Bir Süpersimetri Astarı". Yüksek Enerji Fiziğinde Yönler Üzerine Gelişmiş Seriler . 18 : 1-98. arXiv : hep-ph/9709356 . doi : 10.1142/9789812839657_0001 . ISBN'si 978-981-02-3553-6. S2CID  118973381 .
• Parçacık Veri Grubunun MSSM'yi incelemesi ve MSSM tarafından tahmin edilen parçacıkların aranması
• Ian JR Aitchison (2005). "Süpersimetri ve MSSM: Temel Bir Giriş". arXiv : hep-ph/0505105 .