Бозон Хиггса и теория струн

Я собираюсь ответить на немного другой вопрос о последствиях бозона Хиггса на 125 ГэВ для низкоэнергетической суперсимметрии. Для внутренней согласованности суперсимметрия кажется требованием при очень высоких энергиях (или, возможно, только на мировом листе) в теории струн. Так что эти вопросы косвенно (и слабо) связаны.

Кажется, это тоже подход, который Любош Мотл использовал в своем ответе, но я думаю, что он объединяет некоторые вопросы, которые следует распутать. Суть, на мой взгляд, такова: 125 ГэВ — это неожиданно большая масса в МССМ. Если суперсимметрия в масштабе ТэВ верна, эта масса Хиггса сильно намекает на одну из трех вещей: либо очень тяжелые скалярные суперпартнеры, недоступные для поиска на коллайдере (хотя фермионные суперпартнеры могут быть легче), либо SUSY-спектр с очень большим смешиванием между скалярные топ-кварки или расширение минимальной модели с новыми взаимодействиями для бозона Хиггса. Только последний из трех может избежать вывода о тонкой настройке, хотя можно спорить о том, заботится ли Природа о том, что мы называем настройкой.

Обычно приходится слышать, что для суперсимметрии требуется масса бозона Хиггса ниже 135 ГэВ. Например, вы можете найти такое утверждение в уравнении 45 обзорной статьи Карены и Хабера (которое также может служить источником для других утверждений, которые я буду делать в этом ответе; я не буду пытаться быть исчерпывающим со ссылками). к оригинальной литературе). Давайте немного раскроем это утверждение, которое также связано с другим недавним вопросом о маленькой проблеме иерархии :

MSSM: это минимальная суперсимметричная Стандартная модель. В этой модели бозон Хиггса имеет калибровочные взаимодействия и взаимодействия Юкавы, необходимые для придания массы полям Стандартной модели, и никаких других взаимодействий. Это очень предсказуемо. В ведущем порядке он предсказывает$m_h < m_Z$= 91,1876 ГэВ. Таким образом, МССМ всегда находится в некотором напряжении с большими массами бозона Хиггса. Однако к этой формуле массы Хиггса есть поправки, связанные с квантовыми поправками, возникающими из-за его взаимодействия с суперсимметричными партнерами топ-кварка (скалярные вершины или «стопы»); примерно, есть исправления, идущие как$m_t^4/v^2 \log m_{\tilde t}^2$с$m_{\tilde t}$стоп-масса, а поправки идут как$m_t^4/v^2~X_t^2/m_{\tilde t}^2$а также$m_t^4/v^2~X_t^4/m_{\tilde t}^4$куда$X_t$является мерой смешения между левосторонними и правосторонними упорами.

Так, в МССМ большая масса бозона Хиггса требует больших стоп-масс . Требуемые массы немного меньше, когда упоры сильно перемешаны. Теперь число 135 ГэВ для максимально допустимой массы бозона Хиггса получено при условии, что остановки ниже 2 ТэВ , хотя я думаю, что более современная версия расчета пришла бы к выводу, что даже 135 недостижимо. С другой стороны, если отказаться от предположения об остановках ниже 2 ТэВ, в МССМ с чрезвычайно тяжелыми суперпартнерами масса бозона Хиггса может быть даже немного выше 140 ГэВ.

Настраивается МССМ с большими массами бозона Хиггса : и стоп-масса, и перемешивающая$X_t$проявляются в квантовых поправках, которые хотят сдвинуть электрослабый разрушающий вакуум. Большинство людей, работающих над MSSM, изучали модели с легкими суперпартнерами ниже 1 ТэВ, так что эта настройка относительно невелика. С другой стороны, некоторые изучали «расщепленные» модели с тяжелыми скалярами , отказавшись от решения вопроса тонкой настройки. Хиггс на 125 ГэВ лучше подходит для этих сценариев со скалярами в режиме ~ 10 ТэВ, чем для «стандартных» моделей МССМ. Однако он по-прежнему совместим с более стандартными сценариями MSSM в пределе микширования больших остановок (хотя это накладывает на модель сильные и интересные ограничения!).

Любош выступает за раздельные модели, и они интересны; природе может быть все равно, что мы считаем «тонкой настройкой». Также иногда встречаются заявления о том, что в некоторых версиях этих моделей снижена тонкая настройка. Попытка точно определить, что подразумевается под настройкой, - это банка червей, которую я не буду раскрывать в этом ответе. Я не согласен с тем, что эти слегка расщепленные модели со скалярами 10 ТэВ являются более «струнными», чем «подобными КТП», поскольку все расчеты выполняются в эффективных теориях супергравитации, хотя они и поддаются решению возникающей проблемы модулей. в теории струн (см. это и это , а также более поздние работы Горди Кейна, на которые ссылается Любош).

Помимо MSSM : суперсимметричные модели также могут учитывать бозон Хиггса с более чем минимальным набором взаимодействий. В этом случае новые вклады в его массу могут возникать уже в ведущем порядке, а напряжение с описанной выше тонкой настройкой значительно меньше. Существует слишком много мыслимых версий этого, чтобы классифицировать их в этом ответе, и их последствия для коллайдеров могут зависеть от деталей. Но, безусловно, интересно рассмотреть модели без настройки и с новой физикой за пределами MSSM.

Итог : еще слишком рано говорить окончательно, являются ли намеки на БАК свидетельством бозона Хиггса на 125 ГэВ. Если это так, то следующие несколько лет — возможно, даже 2012 г. — могли бы сказать нам, находимся ли мы в одном из этих трех сценариев (расщепленный МССМ, МССМ с сильно смешанными остановками, за пределами МССМ) или же суперсимметрия полностью отсутствует на слабом уровне. шкала.

125 ГэВ ниже 135 ГэВ, а это означает, что суперсимметрия, ключевой компонент теории струн, более чем вероятна, чем нет. Более того, 125 ГэВ — это граница между «простой и видимой SUSY, похожей на КТП» (ниже 125) и «скрытой, сложной или расширенной SUSY», такой как струнная SUSY (выше 125), если немного приблизиться.

Таким образом, существует множество суперсимметричных моделей великого объединения и моделей, основанных на теории струн/М-теории, которые предсказывают бозон Хиггса этой массы.

Напротив, Стандартная модель предсказывает маловероятность того, что масса бозона Хиггса меньше 135 ГэВ или около того — что ж, Стандартная модель предпочла бы массы на порядки больше, и даже при известном и измеренном vev она предпочла бы массы ближе к 500 ГэВ и более. Более того, Стандартная модель с массой бозона Хиггса ниже 126 ГэВ или около того — это число известно плюс минус несколько ГэВ (что прискорбно, потому что недавно измеренная масса бозона Хиггса очень близка к этому критическому значению) — в конечном итоге приведет к тому, что вакуум неустойчив в энергетическом масштабе ниже масштаба Планка, что, вероятно, было бы несоответствием. В любом случае это несоответствие должно быть исправлено путем добавления новых полей и частиц в Стандартную модель.

Подводя итог, 125 ГэВ делает чистую Стандартную модель гораздо менее вероятной, она делает SUSY более вероятной, среди моделей SUSY она делает расширенные и струнные модели несколько более вероятными, чем простые теоретико-полевые, но не дает окончательного и полностью надежного утверждения о правильности Конечно, теория Вселенной может быть извлечена из этого единственного числа.

Видеть

http://motls.blogspot.com/2011/12/higgs-at-125-gev-and-susy-with-heavy.html

и статьи, связанные с ним для получения дополнительных комментариев по этому вопросу.