{{위키데이터 속성 추적}}
{{초대칭}}
{{양자장론}}
'''최소 초대칭 표준 모형'''(最小超對稱標準模型, {{llang|en|Minimal Supersymmetric Standard Model}}, 약자 MSSM)은 [[표준 모형]]에 [[초대칭]]과 [[R반전성]]을 최소한으로 가미하여 얻은, [[기본입자]]를 다루는 이론이다. 아직 실험적으로 검증되지 않았고, [[대형 강입자 충돌기]]에서 검증을 위한 실험들이 진행 중이다.

== 역사 및 도입 목적 ==
MSSM은 1981년에 [[그리스]]의 [[사바스 디모풀로스]](Σάββας Δημόπουλος)와 [[미국]]의 [[하워드 조자이]]가 [[계층 문제]]를 풀기 위하여 도입하였다. 또한 MSSM은 (다른 초대칭 이론과 같이) [[게이지 이론|게이지]] [[결합상수]]의 [[대통일 이론|대통일]]을 가능하게 하고, 또 자연스러운 [[암흑 물질]] 후보(LSP)를 제공한다.

== 이론적 구성 ==
MSSM은 하나의 초대칭 (N=1)만을 포함한다. 더 많은 초대칭을 포함하는, 이른바 확장 (extended) 초대칭 이론은 낮은 에너지 눈금에서는 (즉, [[전약력]] [[계층 문제]]를 해결하기 위하여서는) 현상론적으로 불가능하다.

MSSM은 표준 모형을 보수적으로 확장한 것이다. 따라서 표준 모형의 각 장을 [[초장 (물리학)|초장]]으로 확장한다. 즉 [[페르미온]]과 [[힉스 보손]]은 손지기 초장 (chiral superfield, XSF)으로, [[게이지 보존]]은 벡터 초장(vector superfield, VSF)으로 확장한다. (표준 모형의 보존과 페르미온은 같은 초다중항으로 넣을 수 없다.)

[[초대칭]]을 보존하려면 같은 힉스 이중항이 [[위 쿼크|위 꼴의 쿼크]]와 [[아래 쿼크|아래 꼴의 쿼크]]에 동시에 결합할 수 없다. 따라서 두 개의 힉스 이중항 <math>H_u</math>와 <math>H_d</math>를 도입한다.

=== R반전성 ===
MSSM에서, 모든 [[재규격화]] 가능한 항을 포함하면, 상수를 [[미세동조]](微細同調, {{lang|en|fine-tuning}})하지 않고서는 [[양성자]]가 지나치게 빨리 붕괴하게 된다. 이러한 문제를 피하기 위하여, MSSM에서는 [[R 반전성]]이라는 Z<sub>2</sub> 대칭을 도입한다. 이는 대개 모든 표준 모형의 입자 (힉스 포함)을 +1, 초대칭 입자를 −1로 주어, [[라그랑지안]]의 모든 항이 R반전성 +1을 가지도록 하는 것이다. R 반전성을 도입하면, 가장 가벼운 초대칭 입자({{llang|en|lightest superpartner}}, LSP)는 안정하다. 이는 [[암흑 물질]]의 유력한 후보다.

R 반전성 말고도, 양성자 붕괴를 막는 여러가지의 이산대칭이 있다. 이들 모형에서는 대개 LSP도 붕괴하므로 암흑 물질 후보를 제공하지 않는다.

{|align="center" border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" class="wikitable" style="margin:0 0 1em 1em"
|+최소 초대칭 표준 모형의 초장
|-
!장 (1[[세대 (물리학)|세대]])
!기호
!종류
!SU(3) 표현
!SU(2)<sub>L</sub> 표현
!U(1)<sub>Y</sub> 표현
|-
|왼손 쿼크
|<math>Q</math>
|align="center"|왼손
|align="center"|'''3'''
|align="center"|'''2'''
|align="center"|⅓
|-
|왼손 위 반쿼크
|<math>\bar U</math>
|align="center"|왼손
|align="center"|'''{{overline|3}}'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|−1⅓
|-
|왼손 아래 반쿼크
|<math>\bar D</math>
|align="center"|왼손
|align="center"|'''{{overline|3}}'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|⅔
|-
|왼손 렙톤
|<math>L</math>
|align="center"|왼손
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''2'''
|align="center"|−1
|-
|왼손 양전자
|<math>\bar E</math>
|align="center"|왼손
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|2
|-
|약한 초전하 게이지
|<math>B</math>
|align="center"|벡터
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|0
|-
|약한 아이소스핀 게이지
|<math>W</math>
|align="center"|벡터
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''3'''
|align="center"|0
|-
|글루온
|<math>G</math>
|align="center"|벡터
|align="center"|'''8'''
|align="center"|'''1'''
|align="center"|0
|-
|위 힉스
|<math>H_{\text{u}}</math>
|align="center"|왼손
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''2'''
|align="center"|1
|-
|아래 힉스
|<math>H_{\text{d}}</math>
|align="center"|왼손
|align="center"|'''1'''
|align="center"|'''2'''
|align="center"|−1
|}

== 현상론 ==
MSSM은 두 개의 힉스 이중항을 포함하므로, 표준 모형의 1개의 힉스와 달리, 총 5종의 힉스 보존을 포함한다. 이 중 둘 (h, H⁰)은 중성 스칼라, 둘(H⁺, H⁻)은 대전 스칼라, 하나(A)는 중성 유사스칼라다.

이 밖에도, 표준 모형의 각 입자에 대하여 [[초짝입자]]가 존재한다. 이들의 명명법은 페르미온의 경우 접두사 "스-" ("스칼라"의 줄임)를 붙이고, 보존의 경우 "-온"을 "-이노"로 바꾼다. (이는 중성미자의 영명인 "뉴트리노"와는 관계없다.) 예를 들어 쿼크의 초짝입자는 [[스쿼크]], 힉스의 초짝입자는 [[힉시노]], [[게이지 보존]]의 초짝입자는 [[게이지노]] 등이다.

정리하여, MSSM의 입자 목록은 다음과 같다.

* [[표준 모형]]의 입자
** [[페르미온]]
*** [[쿼크]] 6종 3색 (디랙)
*** [[렙톤|대전 렙톤]] 3종 (디랙)
*** [[중성미자]] 3종 (바일)
** [[게이지 보존]]
*** [[글루온]] 8색 (무질량 벡터)
*** [[W보존]] (유질량 복소 벡터)
*** [[Z보존]] (유질량 벡터)
*** [[광자]] (무질량 벡터)
** [[힉스 보존]]
*** h (스칼라)
*** H<sup>0</sup> (스칼라)
*** H<sup>±</sup> (복소 스칼라)
*** A (유사스칼라)
* [[초대칭 입자]]
** [[스페르미온]]
*** [[스쿼크]] 12종 3색 (복소 스칼라)
*** [[슬렙톤|대전 슬렙톤]] 6종 (복소 스칼라)
*** [[스뉴트리노]] 3종 (복소 스칼라)
** 보지노
*** [[글루이노]] 8색 (마요라나)
*** [[뉴트랄리노]] 4종 (마요라나)
*** [[차지노]] 2종 (디랙)
즉 같은 질량을 가진 입자를 하나로 치면, 표준 모형 입자 이외에 32개의 미발견된 서로 다른 입자(12종 스쿼크, 9종 슬렙톤, 7종 보지노, 4종 힉스)가 존재한다.

=== 스페르미온 ===
각 손지기 페르미온은 하나의 보존 (스페르미온)에 대응한다. 표준 모형의 쿼크와 렙톤은 [[스피너|디랙 입자]]로 두 손지기 페르미온을 합친 것이므로, 두개의 (대전된) 스칼라에 대응된다. 따라서 (질량 고유기저로 세면) 총 12종의 스쿼크와 9종의 슬렙톤이 존재한다. (중성미자는 모두 왼손잡이기 때문에 스뉴트리노는 3종밖에 없다.) 일반적으로, 같은 전하를 가진 스쿼크와 슬렙톤 (즉 위 꼴의 쿼크, 아래 꼴의 쿼크, 대전 렙톤, 중성미자)는 질량 고유기저를 취하면 섞이게 된다. 실제로, 섞임은 3[[세대 (물리학)|세대]]를 제외하고는 측정하기 힘들 정도로 미미하다.

=== 게이지노 및 힉시노 ===
[[전약력]]의 4종의 게이지 보존 (B, W⁰, W⁺, W⁻)에 대하여 하나의 마요라나 페르미온이 대응한다. 이를 [[게이지노]]라고 부른다. 또한 힉스 (H⁰<sub>u</sub>, H⁺<sub>u</sub>, H⁰<sub>d</sub>, H⁻<sub>d</sub>)에 대하여 각각 [[힉시노]]가 대응한다. 이들은 섞여 중성인 것들은 4종의 [[뉴트랄리노]] (Ñ₁, Ñ₂, Ñ₃, Ñ₄), 대전된 것들은 4종의 [[차지노]] (χ̃₁⁺, χ̃₁⁻, χ̃₂⁺, χ̃₂⁻)를 만든다. 이 말고도 8종의 [[글루이노]]가 있다. (이들은 색을 지녀 섞이지 않는다.)

== 초대칭 파괴 ==
초대칭은 낮은 에너지 눈금에서 관측되지 않으므로, 초대층은 [[자발대칭파괴]]를 겪어야만 한다. 여기에는 D항 파괴와 F항 파괴 등 여러 방법이 있으나, 이는 MSSM의 초장으로는 불가능하다. 따라서 이를 아직 알려지지 않은 새 입자로 인한 것이라고 가정하고, 그 현상론적인 효과를 직접 집어넣는다. 이 때 초대칭으로 인한 [[계층 문제]]의 해법을 보존하기 위하여, 특정한 항만을 삽입한다. 이러한 과정을 부드러운 (soft) 초대칭 파괴라고 부른다. 초대칭이 깨지면서 [[난부-골드스톤 보존|골드스톤 입자]]가 발생한다. [[초대칭]]은 페르미온적 대칭이므로, 골드스톤 입자는 페르미온이다. 이를 [[골드스티노]]라고 부른다. [[초중력]] 모형에서는 골드스티노가 그래비티노 ([[중력자]]의 초짝입자)를 삼켜 질량을 얻는다.

== 결함 ==
MSSM은 표준 모형의 여러 결함을 해결하려고 도입되었지만, 그래도 여러 결함을 가진다.

* [[뮤 문제]]: MSSM은 [[계층 문제]]를 거의 대부분 해결하지만, 그래도 약간의 자연스러움 문제가 남는다. 이를 [[뮤 문제]](mu problem)이라고 한다. 이 문제는 추가로 힉스를 도입하여 해결할 수 있는데, 이를 [[차등 최소 초대칭 표준 모형]] (次等最小超對稱標準模型, Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model, 약자 NMSSM)이라고 부른다.
* [[CP 위반]]: MSSM은 추가로 CP 위반 항을 허용하지만, 이러한 효과는 아직 발견되지 않았다.

== 참고 문헌 ==
* S. Dimopoulos, H. Georgi (1981). ''Nucl. Phys. B'' '''193''': 150. doi:10.1016/0550-3213(81)90522-8

== 외부 링크 ==
* [http://xstructure.inr.ac.ru/x-bin/theme3.py?level=1&index1=231444 MSSM on arxiv.org ]
* [http://arxiv.org/abs/hep-ph/9709356 A Supersymmetry Primer] by Stephen P. Martin
* [http://pdg.lbl.gov/2007/listings/s046.pdf Particle Data Group review of MSSM and search for MSSM predicted particles]
* [http://arxiv.org/abs/hep-ph/0505105 Supersymmetry and the MSSM: An Elementary Introduction] by Ian J R Aitchison

{{소립자 물리학의 표준 모형}}

[[분류:초대칭]]
[[분류:입자물리학]]
[[분류:표준 모형 이후의 물리학]]