Goldilocks Supersymmetry 물리 이야기



골디락스(Goldilocks)는 숲속에 있는 곰 가족의 집을 우연히 방문하게 됩니다. 그런데 아빠 곰의 침대는 너무 딱딱하고, 엄마 곰의 침대는 너무 폭신합니다. 하지만 아기 곰의 침대는 딱 알맞아서 골드락스는 편히 잠이 들게 됩니다.

오늘 어바인(Irvine) 대학교의 펭(J. L. Feng), 스미스(B. T. Smith) 그리고 저와 함께 코넬에서 연구원 생활을 했던 푸미히로 타카야마(Fumihiro Takayama) 등이 골디락스 초대칭 (Goldilocks Supersymmetry) 라는 이름으로 발표한 논문에서 입자물리학적으로 그리고 우주론적으로 적합한 정도의 질량을 가지는 초중력자(Gravitino)를 제안하고 있습니다.

arXiv: 0709.0297

중력을 매개로한 초대칭 깨짐(Gravity mediated SUSY breaking)에서 얻을 수 있는 가장 가벼운 초대칭 입자 (LSP) 뉴트럴리노(Neutralino)를 암흑물질로 해석하고자 할 때 생길 수 있는 두가지 문제가 알려져 있습니다.

1. Too big Flavor, CP violations
2. Too large relic density of the neutralino Dark matter

첫번째 문제는 소위 게이지 상호작용을 매개로한 초대칭 깨짐 (Gauge mediated SUSY breaking, GMSB)을 가정하면 해결된다는 것이 알려져 있지만, 이 경우 초중력자가 LSP가 되어 뉴트럴리노 암흑물질 시나리오와 맞지 않게 되며 실험으로 검증하기가 매우 어렵게 됩니다.

두번째 문제의 원인은 뉴트럴리노가 마요라나 입자라서 쿼크나 렙톤으로 직접 붕괴하는 것이 어렵고, 게이지 통일/ 양자역학적 전기약력 깨짐 등을 요구했을 때 뉴트럴리노가 흔히 비노(Bino, Hyper-charge와 결합하는 게이지 입자의 초대칭 짝)가 되므로 게이지 입자나 힉스 입자로 붕괴하는 것이 어렵기 때문인데 이 것 또한 피하기 쉽지 않습니다.

펭-스미스-타카야마의 아이디어는 실제 뉴트럴리노의 relic density/ critical density 가 10-100 정도로 크지만 다시 매우 잘 선택된 질량을 가진 초중력자로 붕괴하게 된다는 것입니다. '매우 잘 선택된' 질량이라함은 충분히 가벼워서 FCNC나 CP 문제를 야기 하지 않지만, 충분히 무거워서 암흑물질이 될 수 있을 정도로 선택된 값을 뜻합니다. 이렇게 잘 선택된 파라메터를 가지는 초대칭 시나리오를 '골디락스 초대칭' 이라고 부르겠다고 하는 군요.

또 다른 종류의 미세조정(Fine tuning)을 결국 이용해야 하기 때문에 100% 좋은 제안이라는 생각이 들지는 않지만 작명 센스는 정말 좋다는 생각입니다. :-)

덧글

  • Ha-1 2007/09/05 19:22 #

    물리학에서도 골디락스의 곰이 있군요 처음 알았습니다.
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Physics

\begin{eqnarray} \hbar c =197.3 \text{MeV fm}\\ (\hbar c)^2=0.389 \rm{GeV}^2 \rm{mb}\\ 1.0{\rm pb}=\frac{2.568\times 10^{-3}}{\rm TeV^2}\\ =10^{-40} {\rm m}^2 \end{eqnarray}

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