[論文レビュー] A Completed Chiral Fermionic Sector Model with Little Higgs

Otto C. W. Kong|ArXiv.org|Jul 19, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、$SU(3)_C \times SU(3)_L \times U(1)_X$ゲージ対称性に基づく、小ヒッグスモデルにおける完備なヘリカルフェルミオン系を提示する。標準模型の3世代のフェルミオンに加え、Exoticクォークとシングレットニュートリノを埋め込む。モデルは、擬スピンNambu-Goldstoneボソン（PNGB）を用いて階層問題を解決し、群論的構造によってフェルミオンのフレーバー問題を解消し、ループレベルのメカニズムによりニュートリノ質量を生成する。これらのメカニズムはすべてTeVスケールで観測可能である。

ABSTRACT

The Standard Model has some intrinsic beauty in the sector of fermions and gauge bosons. Its scalar sector, though minimal, is however haunted by the hierarchy problem. The fermionic spectrum also have two major problems, the flavor problem with its fundamental notion about why there are three families, and the phenomenological limitation of massless neutrinos. We present here a completed chiral fermionic sector model, based on a little Higgs model, that has the plausible potential of addressing all these problems of the SM at an accessible energy scale, and comment briefly on its phenomenology. The focus here is not on the little Higgs part, but rather on the electroweak quarks and leptons from the model, which of course from an important part of the full model.

研究の動機と目的

• 小ヒッグスフレームワーク内に一貫性のあるヘリカルフェルミオン系を構築し、標準模型の臨界的現象論に妥協をきたさずに階層問題を解決すること。
• アブーリアンゲージ構造と異常キャンセリング表現を用いて、3つのフェルミオン世代の起源という未解決のフレーバー問題を解消すること。
• 右図ニュートリノを導入し、ループ誘導質量生成メカニズムにより、振動データに整合する質量を持つニュートリノを組み込むこと。
• ゲージ不変かつ異常フリーな方法で標準模型フェルミオンとExotic状態を統合し、精密電弱制約を満たすモデルの妥当性を保証すること。
• 小ヒッグスメカニズムが完備なフェルミオンスペクトルと一貫して組み合わせられ、標準模型の複数の限界を統一的に解決する可能性を示すこと。

提案手法

• ゲージ群を標準模型から $SU(3)_C \times SU(3)_L \times U(1)_X$ に拡張し、$SU(3)_L$ がヘリカルフェルミオンの内容を担う。
• ヒッグス系は、大域対称性の破れから生じる擬スピンNambu-Goldstoneボソン（PNGB）として実現され、二次的発散のループレベルキャンセリングを保証する。
• フェルミオン質量は、2つの $\mathbf{3}$ および $\overline{\mathbf{3}}$ スカラー多重項 $\Phi_i$ へのヤクバイカップリングによって生成され、対称性と構造によって階層的質量が強制される。
• フェルミオンスペクトルには、3つのExoticクォーク（トップに類似したものと2つのダウン型）と3つのシングレットニュートリノ $N_e, N_\mu, N_\tau$ が含まれ、すべて $SU(3)_L \times U(1)_X$ に従属する。
• ゲージ異常を避けるために、量子数の適切な割り当てがなされ、ゲージ理論の整合性が保たれる。
• 従来の331モデルとは異なり、Exotic電荷を持つゲージボソンを含まず、$W'$ と $Z'$ 共鳴状態のみを有し、フレーバー保存型カップリングを維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小ヒッグスモデルは、3世代の標準模型スペクトルを再現する完備なヘリカルフェルミオン系を一貫して拡張可能か？
• RQ2 小ヒッグスフレームワーク内で、恣意的な対称性を導入せずに、3世代の起源というフレーバー問題をどのように解消できるか？
• RQ3 ループレベルのメカニズムにより、振動データに整合するニュートリノ質量を自然に生成できるか？
• RQ4 このモデルにおけるExoticクォークとシングレットニュートリノの物性的特徴は何か？また、TeVスケールで観測可能か？
• RQ5 PNGBヒッグス多重項へのヤクバイカップリングは、微調整を避けながら、観測されたクォーク質量の階層をどのように再現できるか？

主な発見

• モデルは、トップおよびボトムクォークを含む3世代の標準模型フェルミオンを、ヘリカル整合性と異常キャンセリングを満たす $SU(3)_L \times U(1)_X$ 多重項構造に成功して埋め込む。
• Exoticクォーク系には、トップに類似したクォークと2つの追加のダウン型クォークが含まれ、小ヒッグスメカニズムによって質量が安定化される可能性がある。
• 3つの右図シングレットニュートリノ ($N_e, N_\mu, N_\tau$) が導入され、ループレベルのメカニズムにより非ゼロニュートリノ質量を実現する有効な道筋が提供される。
• スカラー系は、2つの $\mathbf{3}$ および $\overline{\mathbf{3}}$ 多重項 $\Phi_i$ から構成され、ヤクバイカップリングによりフェルミオン質量が生成されるが、同時に小ヒッグスによる二次的発散の保護が維持される。
• 二重電荷を持つゲージボソンを回避し、$W'$ と3つの $Z'$ 状態のみを有する。これにより、フレーバー変換型中性荷電現在が減少し、物性的妥当性が向上する。
• フェルミオン質量の階層は、木レベルでは完全に説明されないが、$\Phi_i$ フィールドの背後にある大域 $SU(3)$ 対称性が、特定のカップリングを抑制する動的メカニズムを提供する可能性があり、微調整を低減する。