Warum tritt bei SUSY elektroschwache Symmetriebrechung nur im SM-Sektor auf?

Es ist schwierig, diese Frage prägnant zu formulieren, daher hoffe ich, dass der Titel Sinn macht. Was ich verstehen möchte, ist das, was wie ein Mangel an Symmetrie (abgesehen von SUSY-Breaking) zwischen dem SM-Sektor und seinen Superpartern erscheint.

In SUSY fügen wir ein zweites Higgs-Dublett hinzu, sodass wir am Ende 8 Freiheitsgrade haben. Drei werden von den SM-Eichbosonen gefressen, wobei 5 Higgs-Bosonen zurückbleiben. Meine Fragen sind: Warum werden die 3 Freiheitsgrade nur von SM-Partikeln und nicht von 3 SM- und 3 SUSY-Partikeln gegessen: Warum die Asymmetrie? Wäre die Situation ohne SUSY-Breaking anders?

Wenn es hilft, das Problem zu veranschaulichen, ist die Asymmetrie am auffälligsten, wenn Sie sich vorstellen, dass wir in einer Welt lebten, in der die Massenskalen umgekehrt waren: Der SM ist auf einer hohen SUSY-brechenden Skala abgesetzt, und unsere Welt besteht aus Superpartern. Hätten wir keine Eichtheorie und keine elektroschwache Symmetriebrechung, oder würde der Gaugino-Sektor eine elektroschwache Symmetriebrechung erfordern?

Antworten (3)

Gauginos sind Spin-1/2-Fermionen und sie tragen keine Kräfte wie die W- und Z-Bosonen. Sie sind keine Verbindungskoeffizienten, sie überlagern sich nicht mit makroskopischen Feldern.

Selbst in einer supersymmetrischen Theorie gibt es niemals eine vollständige Symmetrie zwischen Bosonen und Fermionen. Die Fermionen sind Fermionen und die Bosonen sind Bosonen, sie haben völlig unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Die Supersymmetrie-Transformation ist nicht wie eine räumliche Drehung – sie ist nicht so physikalisch. Wenn Sie eine Socke drehen, drehen sich alle Partikel in der Socke. Wenn Sie eine Socke superrotieren, wird sie zu einer Überlagerung von jeweils einem Teilchen der Socke. Der größte Teil der Socke bleibt gleich, aber ein Bestandteil wird zu seinem Superpartner gedreht, und es gibt eine Quantenüberlagerung, über der die Bestandteile umgedreht werden. Das Ergebnis ist immer noch größtenteils die Originalsocke.

Dies ist analog zum Begriff eines infinitesimalen Generators, da eine infinitesimale Transformation Faktor für Faktor auf Produkte einwirkt. Die SUSY-Transformationen können als permanent infinitesimal angesehen werden, da ihre Parameter zu Null quadrieren.

Supersymmetrie sagt Ihnen für jedes Teilchen, dass die Streuamplitude eines Bosons einfach mit der Streuamplitude des Fermions zusammenhängt. Diese Beziehung ist Partikel für Partikel. Supersymmetrie ist also einfach keine Symmetrie von Objekten, zumindest nicht in einem nützlichen klassischen Sinne. In Ihrem Beispiel der umgekehrten Hierarchie würde der Higgs-Mechanismus W und Z also immer noch eine Masse geben.

Gauginos sind Fermionen, aber es gibt tatsächlich kraftähnliche Bosonen (Stopp, Sbottom usw.) im SUSY-Sektor, richtig? Würde es in der alternativen Geschichte der umgekehrten Hierarchie überhaupt keine Eichtheorie geben (bis wir SUSY entdeckten)? In Abwesenheit des SM (auf der SUSY-Bruchskala sitzend) wäre es nicht nötig, Higgs oder elektroschwache Symmetriebrüche anzunehmen?
@ user1247: Stop und Sbottom sind Skalare, also keine Eichfelder, sie würden keine Eichtheorie aufstellen, sondern eine Skalar/Spinor-Yukawa-Theorie. Sie können VEVs haben, aber das ist ein Stabilitätsproblem.
OK, ich gehe davon aus, dass es keine Eichtheorie oder Higgs-Hypothese geben würde, wenn wir in der Welt der umgekehrten Hierarchie leben würden (zumindest bis SUSY entdeckt und ernst genommen wurde). Glück für uns, denn ohne Eichtheorie wäre der SM viel weniger überzeugend!
Eine andere Frage: Wenn Sie in Ihrem Beispiel eine Socke superrotieren würden, wäre die Socke physisch identisch mit der SM-Socke (unter der Annahme, dass die Supersymmetrie ungebrochen wäre)? Wenn nicht, wie ist dies eine echte Symmetrie (wobei ich noch einmal betone, dass ich annehme, dass die Supersymmetrie ungebrochen ist, sodass die Superpartner die gleiche Masse wie ihre SM-Partner haben)?
@ user1247: Es wäre physisch nicht identisch --- es hätte zum einen entgegengesetzte Statistiken. Eine Supersymmetrie ist eine andere Art von Symmetrie, und ob man sie eine echte Symmetrie nennen will, ist eine Frage der Nomenklatur. Wenn Sie die superrotierte Socke superrotieren, ist es nur eine übersetzte Version der ursprünglichen Socke, außer dass der Übersetzungsparameter ein Pendelprodukt von Antikommutierungsvariablen ist, also immer noch quadratisch zu Null ist, also immer noch infinitesimal ist. Die Superalgebren sind Erweiterungen der Symmetrie im Sinne der infinitesimalen Lie, weniger im Sinne der makroskopischen Transformation.

Die schnelle Antwort auf diese Frage lautet: Wegen der experimentellen Daten.

Jede Theorie jenseits des SM muss die Ergebnisse des SM reproduzieren (zumindest in der Größenordnung, in der sie durch Experimente verifiziert wurden). Insbesondere muss es die elektroschwache Symmetriebrechung (EWSB) erklären, da wir dies in der Natur beobachten. Die Methode, die Sie beschreiben, ist, wie EWSB erreicht wird, wenn es zwei Higgs-Dubletten gibt. SUSY hat zwei Higgs-Dubletten und fällt daher in diese Klasse von Theorien.

Eine alternative Möglichkeit, darüber nachzudenken, ist, dass EWSB im Maßstab von stattfindet ∼ M W . Oberhalb dieser Skala sind die elektroschwachen Kräfte vereint. SUSY muss jedoch in einem viel höheren Maßstab gebrochen werden (nennen Sie es M S ) und wir wissen, dass dies der Fall ist, weil wir bisher keine Superpartner in Experimenten beobachtet haben. Seit M S > M W die elektroschwachen Kräfte sind in der supersymmetrischen Theorie vereint. Wir müssen die elektroschwache Symmetrie erst viel später nach dem SUSY-Brechen brechen und deshalb passiert EWSB nur im SM-Modellbereich.

Der Kern dessen, was ich mit meiner Frage erreichen wollte (die teilweise durch Rons Antwort befriedigt wurde), ist, dass ich erwarten würde, wenn Supersymmetrie eine gute Symmetrie ist, dass ich in der Lage sein würde, alle SM-Partikel zu überrotieren und am Ende genau zu sein gleiche physikalische Theorie. Selbst wenn man von der hohen SUSY-Bruchskala absieht, scheint dies nicht der Fall zu sein. Die Physik wäre anders. Aber dies führt mich zu dem Schluss, dass Supersymmetrie keine "Symmetrie" im gleichen Sinne wie beispielsweise Translationen oder Rotationen ist. Ich bin immer noch etwas verwirrt darüber.
Ich verstehe ... Es gibt tatsächlich einen Unterschied zwischen Raumzeitsymmetrien wie Translationen und Rotationen und internen Symmetrien wie Eichsymmetrien (und SUSY). Für eine Übersetzung halten wir das System für dasselbe, da sich alle inneren "Ladungen" der Teilchen nicht geändert haben. Für die internen Symmetrien ist dies natürlich (per Definition) nicht der Fall. Ich bin jedoch nicht einverstanden mit der Aussage "Die Physik wäre anders", obwohl ich verstehe, dass Sie das sagen könnten. Ich bevorzuge den Standpunkt, dass die Physik dieselbe ist (weil die Lagrangian dieselbe ist), aber das System ist anders.
Was ich oben über Raumzeitsymmetrien gesagt habe, gilt genauso gut für interne Symmetrien (wie Eichsymmetrien), die ich eigentlich als Symmetrien betrachte. Wenn Sie beispielsweise jedes Teilchen global um eine komplexe Phase drehen, bleibt die Physik unverändert. Dies scheint nicht der Fall zu sein, wenn Sie global jedes Fermion in ein Boson drehen und umgekehrt. Die Physik ist anders, aber die Kopplungen sind unverändert (gemäß Rons Antwort oben), also vorausgesetzt, er hat recht, mag ich es nicht wirklich, SUSY in dieselbe "Symmetrie" -Kategorie zu stecken wie die meisten anderen, über die wir gerne sprechen.

Wenn Sie wollen, passiert aus Sicht der Symmetriebrechung nur, dass 3 Goldstone-Bosonen, die von den kaputten Generatoren kommen, gefressen werden, nur drei, und durch den Higgs-Mechanismus von den Eich-Bosonen "gefressen" werden Theorie. All dies in sehr allgemeiner Form, nur unter Berücksichtigung als QFT, ohne sich Gedanken über den Partikelgehalt zu machen. Auch der symmetriebrechende Effekt und die Tatsache, dass die Bosonen massiv sind, werden die Superpartner durch die Strahlungskorrekturen beeinflussen, die diese von den Eichbosonen „fühlen“. Es gibt also gewissermaßen überall im Susy-Sektor einen Symmetriebruch.

Warum tritt bei SUSY elektroschwache Symmetriebrechung nur im SM-Sektor auf?
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