Введение к работе
Актуальность темы. На сегодняшний день для описания явлений в физике элементарных частиц при достигнутых энергиях общепринятой является Стандартная Модель (СМ) — единая теория электрослабых взаимодействий, дополненная хромодинамикой. Хотя экспериментальные исследования вплоть до энергий порядка ~ 100 ГэВ не выявили фактов, противоречащих СМ, тем не менее, существуют серьезные теоретические основания для того, чтобы рассматривать СМ лишь как эффективную низкоэнергетическую теорию.
Неудовлетворенность вызывают следующие аспекты СМ: проблема калибровочной иерархии, выражающаяся в ненатуральности соотношения электрослабого и ТВО масштабов; проблема поколений; большое число свободных параметров модели; природа масс фермионов, смешивания кварковых поколений и СР-нарушения; природа малости масс нейтрино.
Также стимулирует к выходу за рамки СМ ее ненатуральность. Возможные пути решения — это композитность (композитный Н-бозон) и суперсимметрия (SUSY) (отсутствуют квадратичные расходимости). Суперсимметричные теории, кроме того, обладают рядом других привлекательных особенностей. SUSY способна решить проблему иерархий калибровочных взаимодействий, улучшенные ультрафиолетовые свойства суперсимметричных моделей делают устойчивым масштаб злектрослабоії теории по отношению к квантовым поправкам, наконец, локализация суперсимметрии приводит к автоматическому включению гравитации, без которой любая истинно единая теория является неполной.
Рассмотрение SUSY моделей выдвигает задачу экспериментального обнаружения суперсимметрии, которая тесно связана с вопросом о массе легчайшей суперсимметричной частицы (LSP). Различные суперсимметричные модели предсказывают новые частицы с массами от десятков ГэВ до нескольких ТэВ, однако возможны версии, допускающие существо-
вание сверхлегких LSP, которыми могут быть фотино, зино, нейтральные хиггсино и калибрино, либо их смешанные состояния.
С этой точки зрения, весьма интересны модели с расширенной супер-симметрией, в частности N=2. Кроме того, ввиду ряда специфических свойств, N=2 SUSY интересна сама по себе. Так, М=2-теория может быть сделана конечной посредством подходящего выбора представлении полей материи, жестко связывает, юкавскую и калибровочную константы, обладает неабелевой группой внутренней симметрии, содержит более широкий набор полей (зеркальный сектор).
Учитывая популярность описания N=2 SUSY на языке гармонического супернространства, с точки зрения построения феноменологических моделей, представляется полезным исследование компонентной структуры N=2-TeopHH в терминах указанного подхода.
Среди путей решения других проблем СМ интересно расширение минимальной суперсимметричной стандартной модели посредством расширения калибровочной группы и прежде всего рассмотрение калибровочной симметрии поколений (горизонтальной симметрии). Отметим некоторые черты, специфичные для этого варианта. Низкоэнергетическая горизонтальная симметрия помогает установить соответствие между кварковыми и лептонными поколениями, может пролить свет на природу массовых матриц и матриц смешивания "up" и "down" кварков в отдельности и, следовательно, на структуру матрицы ККМ Vckm = UD+, способна помочь объяснить иерархию масс кварков и лептонов, может приводить к СР-нарушению суперслабого характера є'к/єк < Ю-4 при условии, что СР сохраняется в стандартном секторе.
Поскольку ожидаемые эффекты новых гипотетических взаимодействий малы, то естественно искать их проявления в процессах, которые подавлены в СМ, либо отсутствуют. Это прежде всего редкие процессы с флэйвор-изменяющими нейтральными токами.
Было проведено множество экспериментов по поиску новых горизонтальных взаимодействий в редких флэйвор-изменяющпх процессах. Аккуратный анализ совокупности имеющихся данных может позволить получить конкретные численные оценки масштаба нарушения и других характеристик горизонтальных калибровочных взаимодействий. Однако оценки нижней границы для шкалы нарушения горизонтальной симметрші сильно зависят от рассматриваемой модели. Обычно приводят оценки Mff > 30 -=-100 ТэВ. Поэтому интересно исследовать такие модификации калибровочной горизонтальной модели, которые позволили бы иметь горизонтальные взаимодействия низкоэнергетического характера с масштабом
вблизи 1 ТэВ, и при этом обладали бы достаточно высокой предсказательной силой, позволяющей анализировать с единых позиций все классы редких процессов.
Цель диссертационной работы:
Изучение на основе анализа всех классов редких процессов различных верспй SUSY SU(3)# низкоэнергетической калибровочной модели горизонтальных взаимодействий. Оценка нижнего ограничения на масштаб нарушения горизонтальной симметрии, определение массового спектра калибровочных бозонов и халибрино. Оценка возможных вкладов в СР-нарушение за счет горизонтальных взаимодействий.
Изучение специфики и возможностей N=2-cynepciiMMeTpn4Hbix моделей с точки зрения расширения Стандартной Модели. Анализ спектра хиггсило-калибринного сектора в контексте N=2 SUSYxSU(4)xU(l) модели. Поиск механизмов, позволяющих иметь в теории LSP (фотино) с относительно малой массой и анализ этой возможности с точки зрения космологических и астрофизических ограничений.
Установление ясной связи описания N=2-Teopmi в гармоническом суперпространстве с компонентным описанием для наиболее общих калибровочно-инвариантных моделей, включающих мультиплет Файе-Сониуса (FS) и комплекспфшшрованный мультиплет Хавэ-
' Стилла-Таунсенда (HST). Решение в компонентном виде связи моста v с препрепотенгшалом V++ без фиксации калибровки Весса-Зумино, получение соответствующей супернапряженности и исследование компонентной структуры массивной N=2-Teopnn Янга-Миллса.
Научные результаты и новизна работы
-
Рассмотрена SUSY SU(3)# калибровочная модель горизонтальных взаимодействий. На основе анализа редких процессов показана возможность существования низкоэнергетической горизонтальной симметрии с масштабом нарушения 0(1 ТэВ).
-
Предложен единый механизм смешивания кварк-лептонных поколений и расщепления спектра масс горизонтальных калибровочных бозонов, приводящий к существенному уменьшению количества свободных параметров теории. Это позволило исследовать универсальным образом масштаб нарушения горизонтальной симметрии, анализируя все классы редких процессов.
-
В результате получено, что чисто кварковые и чисто лептонньк редкие процессы в данном подходе однозначно позволяют получаті горизонтальный масштаб ~1 ТэВ. А изучение в диссертации кварк-лептонных редких процессов (К+ — тг+^+е_ , К —> -kvv) такж« показало существование такой возможности.
-
Горизонтальные взаимодействия, приводящие в данном подходе і смешиванию поколений и СР-нарушению, были рассмотрены в рамках трех и 3+1 поколений. Отмечен возможный механизм возникновения смешивания: существование 4-го SU(3)#—синглетного поколения является причиной смешивания в трех легких поколениях.
-
Рассмотрена N=2-cynepcHMMeTpH4Haa модель с SU(4) х {/(1) калибровочной группой в качестве низкоэнергетического остатка конечной ТВО. Продемонстрировано, что такая теория допускает существование относительно легкой суперсимметричной частицы. Сделанные оценки показывают, что исследуемый механизм позволяет получить в модели фотино с массой (і порядка нескольких МэВ. При этом R-аксион, возникающий в модели, может быть эффективно невидимым.
-
В R-нечетной версии указанной модели найден механизм усиления радиационных электромагнитных распадов нейтриноподобных частиц (фотино), что позволяет согласовать полученную малую массу фотино с астрофизическими ограничениями на его время жизни.
-
Детально прослежена связь описания Н=2-теорий в гармоническом суперпространстве с компонентным описанием и описанием на языке N=1 SUSY. Для наиболее общих калибровочно-инвариантных моделей FS и HST подробно выписаны соответствующие лагранжианы.
-
Без фиксации калибровки Весса-Зумино решена в компонентном виде линеаризованная связь моста v с препрепотенциалом V++ и получена соответствующая супернапряженность. Это позволило выписать в компонентах действие для массивного векторного мультишіета без использования механизма Хиггса.
-
Исследована возможность обобщения изложенной процедуры на массивную N=2-TeopHK> Янга-Миллса. В первом порядке по константе связи выписана компонентная структура действия для такой теории.
Практическая ценность работы.
Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при анализе новых экспериментальных данных по редким процессам, по параметрам СР-нарушения, по прецизионным измерениям элементов матрицы
ККМ, при планировании экспериментов по обнаружению суперсимметричных эффектов. Результаты последней главы могут быть применены при построении К=2-суперсимметричных феноменологических моделей содержащих FS и HST мультиплеты, а также при изучении SUSY расширенных массивных теорий Янга-Миллса.
Апробация работы.
Результаты диссертации опубликованы в работах [1-8] и докладывались на Первом тематическом семинаре по астрофизике и физике частіщ (San-Miniato, 1989), на Второй конференции ОЯФ АН СССР "Частицы и ядра при высоких энергиях" (Москва, ИТЭФ 1989), международных семинарах "Кварки-90" (Телави, 1990) и "Кварки-92" (Звенигород, 1992), XIV семинаре "Проблемы физики высоких энергий и теории поля" (Протвино, 1991), семинаре теоретического отдела CERN и на семинарах Отдела теоретической физнхп ИФВЭ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав основного текста, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 54 наименования. Объем диссертации 113 страниц.
