El bosón de Higgs y la teoría de cuerdas

Voy a responder una pregunta ligeramente diferente sobre las consecuencias de un Higgs de 125 GeV para la supersimetría de baja energía. Para la consistencia interna, la supersimetría parece ser un requisito a muy altas energías (o quizás solo en la hoja del mundo) en la teoría de cuerdas. Entonces, estas preguntas están indirectamente (y tenuemente) conectadas.

Este también parece ser el enfoque que tomó Luboš Motl en su respuesta, pero creo que combina algunos problemas que deberían ser desenredados. La conclusión, en mi opinión, es: 125 GeV es una masa inesperadamente grande en el MSSM. Si la supersimetría en la escala TeV es correcta, esta masa de Higgs sugiere claramente una de estas tres cosas: supercompañeros escalares muy pesados, fuera del alcance de las búsquedas de colisionadores (aunque los fermiónicos pueden ser más ligeros), o un espectro SUSY con una mezcla muy grande entre quarks top escalares, o una extensión del modelo mínimo con nuevas interacciones para el bosón de Higgs. Solo el último de los tres puede evadir la conclusión del ajuste fino, aunque uno puede debatir si a la Naturaleza le importa lo que llamamos ajuste.

Normalmente se escucha que la supersimetría requiere una masa de Higgs por debajo de 135 GeV. Por ejemplo, puede encontrar una declaración de este tipo en la ecuación 45 de un artículo de revisión de Carena y Haber (que también puede servir como fuente para otras declaraciones que haré en esta respuesta; no intentaré ser exhaustivo con las referencias a la literatura original). Analicemos un poco esa afirmación, que también está relacionada con esta otra pregunta reciente sobre el pequeño problema de la jerarquía :

El MSSM: Este es el modelo estándar supersimétrico mínimo. En este modelo, el Higgs tiene interacciones de calibre y las interacciones de Yukawa que necesita para dar masa a los campos SM, y ninguna otra interacción. Esto es muy predictivo. En orden adelantado, predice$m_h < m_Z$= 91,1876 GeV. Entonces, el MSSM siempre está en tensión con masas de Higgs más grandes. Sin embargo, hay correcciones a esta fórmula de masas de Higgs a partir de correcciones cuánticas que surgen de sus interacciones con socios supersimétricos del quark top (tops escalares o "stops"); aproximadamente, hay correcciones que van como$m_t^4/v^2 \log m_{\tilde t}^2$con$m_{\tilde t}$la masa de parada, y las correcciones van como$m_t^4/v^2~X_t^2/m_{\tilde t}^2$y$m_t^4/v^2~X_t^4/m_{\tilde t}^4$dónde$X_t$es una medida de mezcla entre las paradas para zurdos y para diestros.

Entonces, en el MSSM, una gran masa de Higgs requiere grandes masas de parada . Las masas requeridas son un poco menos grandes cuando las paradas están muy mezcladas. Ahora, el número 135 GeV para la masa máxima permitida de Higgs se obtiene asumiendo que las paradas están por debajo de 2 TeV , aunque creo que una versión más moderna del cálculo concluiría que incluso 135 está fuera de alcance. Por otro lado, descartando la suposición de paradas por debajo de 2 TeV, en el MSSM con supercompañeros extremadamente pesados, la masa de Higgs podría incluso estar un poco por encima de 140 GeV.

El MSSM, con grandes masas de Higgs, está sintonizado : tanto la masa de parada como la mezcla.$X_t$aparecen en las correcciones cuánticas que quieren cambiar el vacío de ruptura electrodébil. La mayoría de las personas que trabajan en el MSSM han estudiado modelos con supercompañeros ligeros, por debajo de 1 TeV, por lo que esta sintonía es relativamente pequeña. Por otro lado, algunos han estudiado modelos "split" con escalares pesados , renunciando a resolver el problema del ajuste fino. Un Higgs de 125 GeV se adapta mejor a esos escenarios, con escalares en el régimen de ~ 10 TeV, que a los modelos MSSM "estándar". Sin embargo, todavía es compatible con escenarios MSSM más estándar en el límite de la mezcla de paradas grandes (¡aunque esto impone restricciones fuertes e interesantes en el modelo!).

Luboš aboga por los modelos divididos, y son interesantes; Puede que a la naturaleza no le importe lo que consideramos "afinado". Además, a veces se encuentran afirmaciones de que el ajuste fino se reduce en algunas versiones de estos modelos. Tratar de cuantificar con precisión lo que significa sintonizar es una lata de gusanos que evitaré abrir en esta respuesta. No estoy de acuerdo con que estos modelos ligeramente divididos con escalares de 10 TeV sean más "fibrosos" que "similares a QFT", ya que todos los cálculos se realizan en teorías efectivas de supergravedad, aunque se prestan a resolver el problema de los módulos que surge. en teorías de cuerdas (ver this y this , así como el trabajo más reciente de Gordy Kane que cita Luboš).

Más allá del MSSM : los modelos supersimétricos también pueden acomodar un Higgs con más del conjunto mínimo de interacciones. En ese caso, pueden surgir nuevas contribuciones a su masa ya en el orden principal, y la tensión con el ajuste fino descrita anteriormente es mucho menor. Hay demasiadas versiones concebibles de esto para clasificarlas en esta respuesta, y sus implicaciones para los colisionadores pueden depender de los detalles. Pero ciertamente es interesante considerar modelos sin afinar y con nueva física más allá del MSSM.

Conclusión : todavía es demasiado pronto para decir definitivamente si los indicios del LHC son evidencia de un Higgs de 125 GeV. Si es así, los próximos años, posiblemente incluso 2012, podrían decirnos si estamos en uno de estos tres escenarios (MSSM dividido, MSSM con paradas altamente mixtas, más allá del MSSM) o si la supersimetría está completamente ausente en el punto débil. escala.

125 GeV está por debajo de 135 GeV, lo que significa que hace que la supersimetría, un componente clave de la teoría de cuerdas, sea más probable que improbable. Además, 125 GeV es el límite entre "SUSY similar a QFT simple y visible" (por debajo de 125) y "SUSY oculto, complicado o extendido" como SUSY fibroso (por encima de 125), si soy un poco aproximado.

Así que hay muchos grandes modelos supersimétricos unificados y modelos basados ​​en la teoría de cuerdas/M que predicen el Higgs de esta masa.

Por el contrario, el modelo estándar predice que es poco probable que la masa de Higgs esté por debajo de 135 GeV más o menos; bueno, el modelo estándar preferiría masas que son más grandes en órdenes de magnitud e incluso dado el vev conocido y medido, más cerca de 500 GeV o más. Además, el modelo estándar con la masa de Higgs por debajo de 126 GeV más o menos (el número se conoce más menos unos pocos GeV (lo cual es desafortunado porque la masa de Higgs recién medida está muy cerca de este valor crítico)) en última instancia haría que el vacío fuera inestable en una escala de energía por debajo de la escala de Planck, lo que probablemente sería una inconsistencia. De todos modos, esta inconsistencia debe corregirse agregando nuevos campos y partículas al modelo estándar.

Para resumir, 125 GeV hace que el modelo estándar puro sea mucho menos probable, hace que SUSY sea más probable, entre los modelos SUSY, hace que los modelos extendidos y fibrosos sean algo más probables que los simples teóricos de campo, pero no hay una declaración definitiva y completamente confiable sobre el derecho. La teoría del Universo puede extraerse de este único número, por supuesto.

Ver

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

y artículos vinculados en él para obtener más comentarios sobre este tema.