Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Стандартты модельдің ең қарапайым суперсимметриялық кеңейтілуі
Simplest supersymmetric extension to the Standard Model
Минималды суперсимметриялық стандартты модель (MSSM) – суперсимметрияны іске асыратын Стандартты модельдің кеңейтілуі. MSSM – бұл минималды суперсимметриялық модель, себебі ол тек "қажетті ең аз жаңа бөлшектер мен "шындыққа" сәйкес келетін жаңа өзара әрекеттесулерді" қарастырады. Суперсимметрия бозондарды фермиондармен жұптастырады, сондықтан Стандартты модельдегі әр бөлшектің (әлі ашылмаған) суперсерігі бар. Егер мұндай супербөлшектер табылатын болса, олар қара материяның кандидаты болуы мүмкін, сондай-ақ ғарыштың біртұтастығының немесе теориялық жолдардың дұрыстығына дәлел бере алады. Үлкен адрондық коллайдерде MSSM-ға қатысты ешқандай дәлел таба алмау, одан бас тартуға бейімділікті арттырды.
The Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM) is an extension to the Standard Model that realizes supersymmetry. MSSM is the minimal supersymmetrical model as it considers only "the [minimum] number of new particle states and new interactions consistent with "Reality". Supersymmetry pairs bosons with fermions, so every Standard Model particle has a (yet undiscovered) superpartner. If discovered, such superparticles could be candidates for dark matter, and could provide evidence for grand unification or the viability of string theory. The failure to find evidence for MSSM using the Large Hadron Collider has strengthened an inclination to abandon it.
Өмірбаян
МССМ бастапқыда 1981 жылы әлсіз масштабты тұрақтандыру және иерархиялық проблеманы шешу үшін ұсынылған. Стандартты модельдегі Хиггс бозонының массасы кванттық түзетулерге тұрақсыз келеді және теория бойынша, әлсіз масштаб байқалғаннан әлдеқайда төмен болуы тиіс. МССМ-де Хиггс бозонының фермиондық суперсерігі – Хиггсино бар, оның массасы суперсимметрия дәл симметрия болған жағдайдағы массасына тең болады. Фермион массаларының радиациялық тұрақтылығының арқасында Хиггс массасы да осы тұрақтылықты мұра етеді. Алайда, МССМ-де бірнеше Хиггс өрісінің қажеттігі туындайды, бұл төменде сипатталған. Суперсимметрияны ашқандығымызды нақты айтудың жалғыз жолы – зертханада супербөлшектерді өндіру. Супербөлшектердің протоннан 100-1000 есе ауыр болуы күтілуде, сондықтан оларды жасау үшін зор энергия қажет, мұндай энергияны тек бөлшектер үдеткіштерінде ғана алуға болады. Теватрон 2011 жылдың 30 қыркүйегінде жабылуға дейін суперсимметриялық бөлшектердің пайда болуына куәлік іздеумен айналысты. Көптеген физиктердің пікірінше, егер суперсимметрия әлсіз масштабты тұрақтандыруға жауапты болса, оны LHC-де табу керек. Стандартты модельдің суперсеріктеріне жататын бес класс бөлшек бар: скварктар, глюинолар, шаргинолар, нейтралинолар және слептонтар. Бұл супербөлшектердің өзара әрекеттесуі мен одан кейінгі ыдырауы МССМ арқылы сипатталады және әрқайсысының ерекше белгілері бар. МССМ протондардың тұрақтылығын түсіндіру үшін R-паритетін қолданады. Ол Лагранж функциясына белгілі бір, әзірге белгісіз (және нақтыламаған) динамика арқылы берілетін жұмсақ суперсимметрияны бұзу операторларын қосу арқылы суперсимметрияны бұзуды енгізеді. Бұл МССМ-де 120 жаңа параметр бар екенін білдіреді. Бұл параметрлердің көпшілігі үлкен дәмі өзгертілген бейтарап токтар немесе нейтрон мен электрон үшін үлкен электр дипольдік моменттер сияқты қабылдауға келмейтін құбылыстарға әкелуі мүмкін. Мұндай проблемаларды болдырмау үшін МССМ барлық жұмсақ суперсимметрияны бұзуды дәм кеңістігінде диагональды және барлық жаңа CP бұзу фазаларын жоюға бағыттайды.
The MSSM was originally proposed in 1981 to stabilize the weak scale, solving the hierarchy problem. The Higgs boson mass of the Standard Model is unstable to quantum corrections and the theory predicts that weak scale should be much weaker than what is observed to be. In the MSSM, the Higgs boson has a fermionic superpartner, the Higgsino, that has the same mass as it would if supersymmetry were an exact symmetry. Because fermion masses are radiatively stable, the Higgs mass inherits this stability. However, in MSSM there is a need for more than one Higgs field, as described below. The only unambiguous way to claim discovery of supersymmetry is to produce superparticles in the laboratory. Because superparticles are expected to be 100 to 1000 times heavier than the proton, it requires a huge amount of energy to make these particles that can only be achieved at particle accelerators. The Tevatron was actively looking for evidence of the production of supersymmetric particles before it was shut down on 30 September 2011. Most physicists believe that supersymmetry must be discovered at the LHC if it is responsible for stabilizing the weak scale. There are five classes of particle that superpartners of the Standard Model fall into: squarks, gluinos, charginos, neutralinos, and sleptons. These superparticles have their interactions and subsequent decays described by the MSSM and each has characteristic signatures. The MSSM imposes R parity to explain the stability of the proton. It adds supersymmetry breaking by introducing explicit soft supersymmetry breaking operators into the Lagrangian that is communicated to it by some unknown (and unspecified) dynamics. This means that there are 120 new parameters in the MSSM. Most of these parameters lead to unacceptable phenomenology such as large flavor changing neutral currents or large electric dipole moments for the neutron and electron. To avoid these problems, the MSSM takes all of the soft supersymmetry breaking to be diagonal in flavor space and for all of the new CP violating phases to vanish.
Табиғилық
МССМ-ді ұсынудың бастапқы себебі – Стандартты модельде квадраттық түрде айырмашылығы бар радиациялық түзетулерге байланысты Хиггс массасын тұрақтандыру (иерархиялық проблема). Суперсимметриялық модельдерде скалярлар фермиондармен байланысты және бірдей массаға ие. Фермиондардың массалары логарифмдік түрде айырмашылығы бар болғандықтан, скалярлардың массалары да сол радиациялық тұрақтылықты мұралайды. Хиггс вакуумдық күтілетін мәні (VEV) Лагранждағы теріс скалярлық массамен байланысты. Хиггс массасына радиациялық түзетулер нақты мәннен едәуір үлкен болмауы үшін Стандартты модельдің суперсеріктерінің массасы Хиггс VEV-тен едәуір ауыр болмауы керек – шамамен 100 ГэВ. 2012 жылы Хиггс бөлшегі LHC-де ашылды, оның массасы 125–126 ГэВ екені анықталды.
The original motivation for proposing the MSSM was to stabilize the Higgs mass to radiative corrections that are quadratically divergent in the Standard Model (hierarchy problem). In supersymmetric models, scalars are related to fermions and have the same mass. Since fermion masses are logarithmically divergent, scalar masses inherit the same radiative stability. The Higgs vacuum expectation value (VEV) is related to the negative scalar mass in the Lagrangian. In order for the radiative corrections to the Higgs mass to not be dramatically larger than the actual value, the mass of the superpartners of the Standard Model should not be significantly heavier than the Higgs VEV – roughly 100 GeV. In 2012, the Higgs particle was discovered at the LHC, and its mass was found to be 125–126 GeV.
Қара зат
Егер R паритеті сақталса, онда MSSM-нің ең жеңіл супербөлшегі (LSP) тұрақты болады және әлсіз өзара әрекеттесетін массивті бөлшек (WIMP) болып табылады, яғни ол электромагниттік немесе күшті өзара әрекеттесулерге қатыспайды. Бұл LSP-ді қара материяның жақсы үміткері етеді және ол суық қара материя (CDM) санатына жатады.
If R parity is preserved, then the lightest superparticle (LSP) of the MSSM is stable and is a Weakly interacting massive particle (WIMP) – i. e. it does not have electromagnetic or strong interactions. This makes the LSP a good dark matter candidate, and falls into the category of cold dark matter (CDM).
Хадрондық коллайдерлерге қатысты MSSM болжамы
Теватрон мен LHC-де суперсимметриялық бөлшектерді іздеуге бағытталған белсенді тәжірибелік бағдарламалар жүргізілуде. Бұл екі машина да адрондық шашырағыштар болғандықтан – Теватронда протон-антипротон, ал LHC-де протон-протон – олар күшті өзара әрекеттесетін бөлшектерді табуға ең қолайлы. Сондықтан, тәжірибелік сигналдардың көп бөлігі скварктар немесе глюинолардың пайда болуын қамтиды. MSSM R-паритетіне ие болғандықтан, ең жеңіл суперсимметриялық бөлшек тұрақты болады, ал скварктар мен глюинолар ыдырағаннан кейін, әр ыдырау тізбегінде детектордан көрінбей шығатын бір LSP болады. Осыдан MSSM-нің осы бөлшектер детектордан шығу арқылы "жоғалған энергия" сигналын тудырады деген жалпы болжам туындайды.
The Tevatron and LHC have active experimental programs searching for supersymmetric particles. Since both of these machines are hadron colliders – proton antiproton for the Tevatron and proton proton for the LHC – they search best for strongly interacting particles. Therefore, most experimental signature involve production of squarks or gluinos. Since the MSSM has R parity, the lightest supersymmetric particle is stable and after the squarks and gluinos decay each decay chain will contain one LSP that will leave the detector unseen. This leads to the generic prediction that the MSSM will produce a 'missing energy' signal from these particles leaving the detector.
Шаржино
Фермиондар болып табылатын және электр заряды бар екі зарядин бар. Олар әдетте және деп белгіленеді (бірақ кейде және қолданылады). Ауыр зарядин жеңіл зарядинға ыдырай алады. Екеуі де W-дан нейтралиноға ыдырай алады.
There are two charginos that are fermions and are electrically charged. They are typically labeled and (although sometimes and is used instead). The heavier chargino can decay through to the lighter chargino. Both can decay through a to neutralino.
Слиптон
Слептондар — Стандартты модельдің лептондарының скалярлық серіктестері. Олар күшті өзара әрекеттеспейді, сондықтан өте жеңіл болмаса, адрондық коллайдерлерде сирек пайда болады. Тау-лептонының жоғары массасының салдарынан стаудың сол-оң араласуы, стоп пен сботттың араласуына ұқсас болады (жоғарыда қараңыз). Егер олар ыдырау өнімдері ретінде пайда болуға жеткілікті жеңіл болса, слептондар әдетте зарядинос пен нейтралинолардың ыдырауларында табылады.
Sleptons are the scalar partners of the leptons of the Standard Model. They are not strongly interacting and therefore are not produced very often at hadron colliders unless they are very light. Because of the high mass of the tau lepton there will be left right mixing of the stau similar to that of stop and sbottom (see above). Sleptons will typically be found in decays of a charginos and neutralinos if they are light enough to be a decay product.
MSSM Хиггс массасы
MSSM Хиггс массасы – Минималды суперсимметриялық стандартты модельдің болжамы. Ең жеңіл Хиггс бозонының массасы Хиггс квартиктік байланысымен анықталады. Квартиктік байланыстар суперсимметрияны бұзудың жұмсақ параметрлері емес, себебі олар Хиггс массасының квадраттық айырмашылығына алып келеді. Сонымен қатар, Хиггс массасын MSSM-де еркін параметр етуге мүмкіндік беретін суперсимметриялық параметрлер жоқ (бірақ минималды емес кеңейтулерде бар). Осылайша, Хиггс массасы MSSM-нің болжамы болып табылады. LEP II және IV эксперименттері Хиггс массасының ең төменгі шегін 114,4 ГэВ деп белгіледі. Бұл ең төменгі шек, MSSM әдетте болжағаннан әлдеқайда жоғары, бірақ MSSM-ді жоққа шығармайды; 125 ГэВ массасы бар Хиггстің табылуы шамамен 130 ГэВ-қа жуық ең жоғарғы шекке сәйкес келеді, мұнда MSSM ішіндегі циклдық түзетулер Хиггс массасын көтере алады. MSSM-ді қолдайтындар Хиггс массасының жоғарғы шегіндегі Хиггс массасының MSSM есептеуінің сәтті болжамы екенін көрсетеді, бірақ күткеннен артық нақтылықты қажет етеді.
The MSSM Higgs mass is a prediction of the Minimal Supersymmetric Standard Model. The mass of the lightest Higgs boson is set by the Higgs quartic coupling. Quartic couplings are not soft supersymmetry breaking parameters since they lead to a quadratic divergence of the Higgs mass. Furthermore, there are no supersymmetric parameters to make the Higgs mass a free parameter in the MSSM (though not in non minimal extensions). This means that Higgs mass is a prediction of the MSSM. The LEP II and the IV experiments placed a lower limit on the Higgs mass of 114.4 GeV. This lower limit is significantly above where the MSSM would typically predict it to be but does not rule out the MSSM; the discovery of the Higgs with a mass of 125 GeV is within the maximal upper bound of approximately 130 GeV that loop corrections within the MSSM would raise the Higgs mass to. Proponents of the MSSM point out that a Higgs mass within the upper bound of the MSSM calculation of the Higgs mass is a successful prediction, albeit pointing to more fine tuning than expected.
MSSM Лагранждық
MSSM үшін Лагранж бірнеше құрамдас бөліктерден тұрады. Біріншісі – материя және Хиггс өрістерінің Кэлер потенциалы, ол өрістердің кинетикалық мүшелерін тудырады. Екінші құрамдас бөлік – өлшеу өрісінің суперпотенциалы, ол өлшеу бозондарының және гаугинолардың кинетикалық мүшелерін тудырады. Келесі мүше – материя және Хиггс өрістерінің суперпотенциалы. Бұлар Стандартты модель фермиондары үшін Юкава байланыстарын, сондай-ақ Хиггсинолардың массалық мүшесін жасайды. R-паритетті таңдағаннан кейін, суперпотенциалдағы қайта нормаланатын, өлшеу инвариантты операторлар:
The Lagrangian for the MSSM contains several pieces. The first is the Kähler potential for the matter and Higgs fields which produces the kinetic terms for the fields. The second piece is the gauge field superpotential that produces the kinetic terms for the gauge bosons and gauginos. The next term is the superpotential for the matter and Higgs fields. These produce the Yukawa couplings for the Standard Model fermions and also the mass term for the Higgsinos. After imposing R parity, the renormalizable, gauge invariant operators in the superpotential are
Тұрақты мүше жаһандық суперсимметрияда физикалық емес (супергравитациядан өзгеше).
The constant term is unphysical in global supersymmetry (as opposed to supergravity).
Қиындықтар
MSSM-де бірнеше мәселе бар, олардың көпшілігі параметрлерді түсінуге байланысты. Му мәселесі: Хиггсино массасының параметрі μ суперпотенциалда келесі мүше ретінде көрінеді: μHuHd. Ол электрәлсіз масштабқа шамамен тең болуы керек, Планк масштабынан, яғни табиғи кесу масштабынан, көп есе кішірек. Жұмсақ суперсимметрия бұзу мүшелері де электрәлсіз масштабқа шамамен тең болуы керек. Бұл табиғилық мәселесін тудырады: неге бұл масштабтар кесу масштабынан әлдеқайда кіші, бірақ сонымен қатар бір-біріне өте жақын? Жұмсақ массалар мен А мүшелерінің дәмдік универсалдығы: стандартты модельде болжанғаннан басқа дәмді араласу әзірге табылған жоқ, сондықтан MSSM Лагранжианындағы қосымша мүшелердің коэффициенттері кем дегенде шамамен дәмге тәуелсіз болуы керек (яғни барлық дәмдер үшін бірдей). CP бұзу фазаларының кішілігі: стандартты модельде болжанғаннан басқа CP бұзу әзірге табылған жоқ, сондықтан MSSM Лагранжианындағы қосымша мүшелер кем дегенде шамамен CP-ге тәуелсіз болуы керек, осылайша олардың CP бұзу фазалары кіші болады.
There are several problems with the MSSM—most of them falling into understanding the parameters. The mu problem: The Higgsino mass parameter μ appears as the following term in the superpotential: μHuHd. It should have the same order of magnitude as the electroweak scale, many orders of magnitude smaller than that of the Planck scale, which is the natural cutoff scale. The soft supersymmetry breaking terms should also be of the same order of magnitude as the electroweak scale. This brings about a problem of naturalness: why are these scales so much smaller than the cutoff scale yet happen to fall so close to each other? Flavor universality of soft masses and A terms: since no flavor mixing additional to that predicted by the standard model has been discovered so far, the coefficients of the additional terms in the MSSM Lagrangian must be, at least approximately, flavor invariant (i. e. the same for all flavors). Smallness of CP violating phases: since no CP violation additional to that predicted by the standard model has been discovered so far, the additional terms in the MSSM Lagrangian must be, at least approximately, CP invariant, so that their CP violating phases are small.
Суперсимметрияны бұзу теориясы
Суперсеріктердің массалары мен өзара әрекеттесулеріндегі қажетті қасиеттерді қамтамасыз ететін жұмсақ суперсимметрия бұзу механизмін түсінуге зор теориялық еңбек жұмсалды. Ең көп зерттелген үш механизм:
A large amount of theoretical effort has been spent trying to understand the mechanism for soft supersymmetry breaking that produces the desired properties in the superpartner masses and interactions. The three most extensively studied mechanisms are:
Гаузерлік суперсимметрияны бұзу (GMSB)
Гаузерлік медиацияланған суперсимметрияны бұзу – Стандартты модельдің гаузерлік өзара әрекеттесулері арқылы суперсимметрияны бұзуды суперсимметриялық Стандартты модельге жеткізу әдісі. Әдетте, жасырын сектор суперсимметрияны бұзады және оны Стандартты модельге қатысты зарядталған массивті хабаршы өрістерге жеткізеді. Бұл хабаршы өрістер бір циклда гаугино массасын тудырады, ал содан кейін ол екі циклда скалярлық суперсеріктерге беріледі. Егер тоқтау кварктары 2 ТэВ-тан төмен болса, болжамдалған Хиггс бозонының максималды массасы 121.5 ГэВ-қа тең. Хиггс 125 ГэВ-та табылғандықтан, бұл модель тоқтау кварктарының массасы 2 ТэВ-тан жоғары болуын талап етеді.
Gauge mediated supersymmetry breaking is method of communicating supersymmetry breaking to the supersymmetric Standard Model through the Standard Model's gauge interactions. Typically a hidden sector breaks supersymmetry and communicates it to massive messenger fields that are charged under the Standard Model. These messenger fields induce a gaugino mass at one loop and then this is transmitted on to the scalar superpartners at two loops. Requiring stop squarks below 2 TeV, the maximum Higgs boson mass predicted is just 121.5GeV. With the Higgs being discovered at 125GeV this model requires stops above 2 TeV.
Жер бетіндегі детекторлар
XENON1T (2016 жылы іске қосылатын қараңғы материяның WIMP детекторы) CMSSM сияқты суперсимметрия кандидаттарын зерттеуге/тексеруге күтілуде.
XENON1T (a dark matter WIMP detector being commissioned in 2016) is expected to explore/test supersymmetry candidates such as CMSSM.