En física de partículas, el problema de la pequeña jerarquía en el modelo estándar supersimétrico mínimo (MSSM) es un refinamiento del problema de la jerarquía . Según la teoría cuántica de campos , la masa del bosón de Higgs debe ser bastante ligera para que funcione la teoría electrodébil . Sin embargo, las correcciones del bucle en la masa son naturalmente mucho mayores; esto se conoce como el problema de la jerarquía. Nuevos efectos físicos como la supersimetría pueden, en principio, reducir el tamaño de las correcciones del bucle, haciendo que la teoría sea natural. Sin embargo, se sabe por experimentos que la nueva física, como las supercompañeras , no ocurre a escalas de energía muy bajas, por lo que incluso si estas nuevas partículas reducen las correcciones del bucle, no las reducen lo suficiente como para hacer que la masa de Higgs renormalizada sea completamente natural. El valor esperado de la masa de Higgs es aproximadamente el 10% del tamaño de las correcciones del bucle, lo que muestra que parece necesaria una cierta "pequeña" cantidad de ajuste . [1]
Los físicos de partículas tienen opiniones diferentes sobre si el problema de la pequeña jerarquía es grave.
Al supersimetrizar el modelo estándar, se llega a una solución hipotética al problema de la jerarquía de calibre, o gran jerarquía, en el sentido de que la supersimetría garantiza la cancelación de las divergencias cuadráticas en todos los órdenes en la teoría de la perturbación. La supersimetrización más simple del SM conduce al Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo o MSSM. En el MSSM, cada partícula SM tiene una partícula asociada conocida como supercompañera o partícula. Por ejemplo, los componentes de helicidad de los electrones izquierdo y derecho tienen selectrones de socios escalares.TierraR respectivamente, mientras que los ocho gluones de colores tienen ocho supercompañeros de gluino spin-1/2 de colores. El sector MSSM de Higgs debe necesariamente expandirse para incluir dos en lugar de uno dobletes que conduzcan a cinco partículas físicas de Higgs h, H, A y H ± , mientras que tres de los ocho campos componentes de Higgs son absorbidos por los bosones W ± y Z para hacerlos. masivo. En realidad, el MSSM está respaldado por tres conjuntos diferentes de mediciones que prueban la presencia de supercompañeros virtuales:
No obstante, la verificación de SUSY en escala débil (WSS, SUSY con masas de supercompañeros en o alrededor de la escala débil caracterizada por m (W, Z, h) ≈ 100 GeV) requiere la observación directa de al menos algunos de los supercompañeros en colisión suficientemente energética. experimentos con haces. [ se necesita aclaración ] Tan recientemente como 2017, el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, un colisionador ap-p que opera con una energía de centro de masa de 13 TeV, no ha encontrado ninguna evidencia de supercompañeros. Esto ha llevado a límites de masa en el gluino m> 2 TeV y en el squark superior más ligero m1 > 1 TeV (dentro del contexto de ciertos modelos simplificados que se supone hacen que el análisis experimental sea más manejable). Junto con estos límites, el valor medido bastante grande de m h ≈ 125 GeV parece requerir squarks superiores altamente mezclados en la escala TeV. Estas mediciones combinadas han generado preocupación ahora sobre un problema emergente de Pequeña Jerarquía caracterizado por m W,Z,h ≪ m partícula . Bajo la Pequeña Jerarquía, uno podría esperar que la masa ligera de Higgs, ahora logarítmicamente divergente, explotara hasta la escala de masa de partículas a menos que se realice un ajuste fino. El problema de la Pequeña Jerarquía ha suscitado la preocupación de que el WSS tal vez no se realice en la naturaleza, o al menos no de la manera que los teóricos esperaban en años pasados.
En el MSSM, se calcula que la masa ligera del Higgs es
donde las contribuciones de mezcla y bucle están por debajo de m h 2 pero donde en la mayoría de los modelos, la masa suave de SUSY que rompe el Higgs m H u 2 se lleva a valores negativos grandes en la escala de TeV (para romper la simetría electrodébil). Luego, para mantener el valor medido de m h = 125 GeV, se debe ajustar el término de masa superpotencial μ 2 a algún valor positivo grande. Alternativamente, para SUSY natural, se puede esperar que m H u 2 alcance valores negativos pequeños, en cuyo caso tanto μ como | metro H tu | estan de orden100–200 GeV . Esto ya lleva a una predicción: dado que μ es supersimétrico y alimenta masa tanto a las partículas SM (W, Z, h) como a sus supercompañeros (higgsinos), entonces se espera del MSSM natural que existan higgsinos ligeros cerca delEscala de 100 a 200 GeV . Esta simple comprensión tiene profundas implicaciones para el colisionador WSS y las búsquedas de materia oscura.
La naturalidad en el MSSM se ha expresado históricamente en términos de la masa del bosón Z y, de hecho, este enfoque conduce a límites superiores más estrictos para las masas de las partículas. Al minimizar el potencial escalar (Coleman-Weinberg) del MSSM, se puede relacionar el valor medido de m Z = 91,2 GeV con los parámetros lagrangianos de SUSY:
Aquí, tan β ≈ 5–50 es la relación de los valores esperados de vacío del campo de Higgs v u / v d y m H d 2 es el término de masa de ruptura suave de Higgs hacia abajo. Los y contienen una variedad de correcciones de bucle etiquetadas por índices i y j , la más importante de las cuales generalmente proviene de los top-squarks.
