Supersymmetry breaking at finite temperature [thesis]

Kai Kratzert
2002
The mechanism of supersymmetry breaking at finite temperature is still only partly understood. Though it has been proven that temperature always breaks supersymmetry, the spontaneous nature of this breaking remains unclear, in particular the role of the Goldstone fermion. The aim of this work is to unify two existing approaches to the subject. From a hydrodynamic point of view, it has been argued under very general assumptions that in any supersymmetric quantum field theory at finite
more » ... there should exist a massless fermionic collective excitation, named phonino because of the analogy to the phonon. In the framework of a self-consistent resummed perturbation theory, it is shown for the example of the Wess-Zumino model that this mode fits very well into the quantum field theoretical framework pursued by earlier works. Interpreted as a bound state of boson and fermion, it contributes to the supersymmetric Ward-Takahashi identities in a way showing that supersymmetry is indeed broken spontaneously with the phonino playing the role of the Goldstone fermion. The second part of the work addresses the case of supersymmetric quantum electrodynamics. It is shown that also here the phonino exists and must be interpreted as the Goldstone mode. This knowledge allows a generalization to a wider class of models. Zusammenfassung Der Mechanismus der Supersymmetriebrechung bei endlicher Temperatur ist nach wie vor nur unvollständig verstanden. Es scheint klar zu sein, dass die Supersymmetrie hierbei stets gebrochen ist, nicht jedoch, ob es sich tatsächlich um eine spontane Brechung handelt, die sich unter anderem in der Existenz eines Goldstone-Fermions äußern müsste. In dieser Arbeit sollen zwei in der Literatur vorhandene Ansätze vereinigt werden. Von einem hydrodynamischen Standpunkt aus ist vorhergesagt worden, dass in supersymmetrischen Quantenfeldtheorien bei endlicher Temperatur stets ein masseloses Fermion als kollektive Anregung auftreten sollte, das wegen seiner Analogie zum Phonon auch Phonino genannt wurde. Es soll hier am Beispiel des Wess-Zumino-Modells im Rahmen einer selbstkonsistenten resummierten Störungstheorie gezeigt werden, dass sich diese kollektive Anregung, interpretiert als gebundener Zustand aus Boson und Fermion, perfekt in den quantenfeldtheoretischen Rahmen früherer Arbeiten einfügt und in einer Form zu den supersymmetrischen Ward-Takahashi-Identitäten beiträgt, die beweist, dass die Supersymmetrie in der Tat spontan gebrochen ist und das Phonino das zugehörige Goldstone-Teilchen darstellt. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Erweiterung auf die supersymmetrische Quantenelektrodynamik. Es wird gezeigt, dass auch hier das Phonino als kollektive Anregung auftritt und die Rolle des Goldstone-Fermions spielt. Diese Ergebnisse erlauben die Verallgemeinerung auf eine größere Klasse von Modellen.
doi:10.3204/desy-thesis-2002-045 fatcat:ol7cy6moereebj2wnfu5tnhmlq