F-항 깨짐 (F-term Breaking)
자발적 초대칭 깨짐
초대칭이 자발적으로 깨지려면, 진공이 초대칭 전하에 의해 소멸되지 않아야 합니다:
초대칭 대수에서:
양변의 대각합을 취하면:
따라서 진공 에너지가 양수이면 초대칭이 깨집니다:
스칼라 퍼텐셜 에서, 의 두 가지 경로:
- F-항 깨짐: (일부 에 대해)
- D-항 깨짐: (일부 에 대해)
오라이페어텍 모형
F-항 초대칭 깨짐의 가장 간단한 예. 세 개의 카이랄 초장 로 구성:
F-항 조건:
은 을 요구하지만, 이를 에 대입하면:
과 을 동시에 만족시킬 수 없으므로, 초대칭은 자발적으로 깨집니다.
진공 에너지:
골드스티노
초대칭이 자발적으로 깨지면, 질량 없는 페르미온(골드스티노, goldstino) 가 반드시 존재합니다. 이것은 남부-골드스톤 정리의 초대칭 버전입니다.
골드스티노는 인 초장의 페르미온 성분의 선형 결합입니다:
여기서 는 초대칭 깨짐의 차수(order parameter)입니다.
국소 초대칭(초중력)에서는 골드스티노가 그래비티노에 흡수되어(초-힉스 메커니즘) 그래비티노에 질량을 부여합니다:
질량 분할 정리
나무 수준에서 자발적 초대칭 깨짐은 **초추적 질량 합 규칙(supertrace mass sum rule)**을 만족합니다:
여기서 합은 스핀 에 대해 취합니다.
이것은 심각한 현상론적 문제를 야기합니다: 스쿼크와 슬렙톤 중 일부가 대응하는 쿼크·렙톤보다 가벼워야 합니다. 이는 실험과 모순되므로, 초대칭 깨짐은 관측 가능 섹터에서 직접 일어날 수 없습니다.
해결책: **숨겨진 섹터(hidden sector)**에서 초대칭이 깨지고, **매개 상호작용(mediation)**을 통해 관측 섹터로 전달됩니다.
| 매개 메커니즘 | 매개자 | 특징적 질량 스케일 | |-------------|--------|------------------| | 중력 매개 (gravity mediation) | 중력 | | | 게이지 매개 (gauge mediation) | SM 게이지 보존 | | | 이상 매개 (anomaly mediation) | 공형 보상자 | |
각 매개 메커니즘은 다른 초대칭 입자 스펙트럼 패턴을 예측하며, LHC 등의 충돌기 실험으로 구별할 수 있습니다.