[論文レビュー] A Gauge Theory for Baryon and Lepton Numbers

Michael Duerr, P. Perez+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、電弱スケールで自発的対称性の破れを受ける局所的ゲージ対称性としてバリオン数（B）とレプトン数（L）を提示するゲージ理論を提案する。これにより、大規模な真空中の新物理を必要としなくなる。新しいレプトクォークに類似たフェルミオンが生成され、BおよびLの量子数を運ぶ。この理論は、陽子崩壊を自然に抑制し、実験的制約を満たす低スケールメカニズムを提供する。

ABSTRACT

Models where the baryon (B) and lepton (L) numbers are local gauge symmetries that are spontaneously broken at a low scale are revisited. We find new extensions of the Standard Model which predict the existence of fermions that carry both baryon and lepton numbers (i.e., leptoquarks). The local baryonic and leptonic symmetries can be broken at a scale close to the electroweak scale and we do not need to postulate the existence of a large desert to satisfy the experimental constraints on baryon number violating processes like proton decay.

研究の動機と目的

• バリオン数とレプトン数をグローバルな対称性ではなく、局所的ゲージ対称性として扱うモデルを再検討すること。
• 陽子崩壊や他のバリオン数破れ過程に対する実験的制約を、大規模な真空中の新物理を必要とせずに満たすこと。
• 低エネルギースケールでBおよびL対称性の自発的破れを許容する、標準模型の整合的な拡張を構築すること。
• BおよびLの両方の量子数を運ぶ新しいフェルミオン（レプトクォーク）の物性的結果を調査すること。

提案手法

• 理論の基本的対称性として、局所的U(1)_BおよびU(1)_Lゲージ対称性を仮定する。
• 電弱スケールでU(1)_BおよびU(1)_Lを自発的対称性の破れを起こすスカラー場を導入する。
• 新しいゲージボソンおよびスカラー場を標準模型のフェルミオンに結合させ、有効相互作用を生成する。
• 得られる低エネルギー有効理論を導出し、BおよびLの両方の量子数を運ぶレプトクォークに類似たフェルミオンの出現を明らかにする。
• この枠組みにおける陽子崩壊や他のバリオン数破れ過程の物性的性質を分析する。
• 破れスケールおよび結合定数を調整することで、実験的限界と整合性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バリオン数とレプトン数を局所的ゲージ対称性として扱う場合、高エネルギーの破れスケールや大規模な真空中の新物理を必要とせずに、実現可能か？
• RQ2 BおよびLが電弱スケールで自発的対称性の破れを受けるモデルにおいて、陽子崩壊にどのような影響があるか？
• RQ3 このような理論で新たに出現するフェルミオン状態は何か？それらはどのようにBおよびLの両方の量子数を運ぶか？
• RQ4 BおよびL対称性に関連するゲージボソンは、低エネルギーの物性的性質やフラバー破れにどのように影響を与えるか？
• RQ5 この枠組みは、現在の実験的限界と整合するレベルまで、バリオン数の破れを自然に抑制できるか？

主な発見

• 局所的バリオン数およびレプトン数対称性の自発的破れが電弱スケールで実現され、大規模な真空中の新物理を必要としない。
• BおよびLの両方の量子数を運ぶ新しいフェルミオンが出現し、低エネルギー有効理論において実質的にレプトクォークとして機能する。
• 低スケールの破れとゲージ媒介ダイナミクスのおかげで、陽子崩壊の断面積が自然に抑制され、現在の実験的制約を満たす。
• BおよびLに関連する新しいゲージボソンが理論で予測され、破れスケールが電弱スケールに近い場合、加速器で観測可能である可能性がある。
• 近似的なグローバル対称性や高エネルギー物理に依存せずに、陽子の安定性を自然に説明できる。