[論文レビュー] A Grand Unified Supersymmetric Theory of Flavor

Riccardo Barbieri, Lawrence J. Hall|ArXiv.org|May 3, 1996

Scientific Research and Discoveries被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、階層的なU(2)フレーバー対称性の破れに基づくSU(5)を用いた包括的統一超対称理論を提案し、1つの源からフェルミオン質量の階層と小さなフレーバー非保存パラメータを生成する。フェルミオン質量比8つとCKM混合角3つを、小さなヤコビ係数を必要とせず予測し、中性ノイトリノ頂点におけるフレーバー混合行列の自由パラメータを10個からたった1つに削減する。

ABSTRACT

A grand unified $SU(5)$ theory is constructed with a hierarchical breaking of a $U(2)$ flavor symmetry. The small parameters of the squark and slepton mass matrices, necessary to solve the supersymmetric flavor-changing problem, and the inter-generational quark and lepton mass hierarchies are both generated from the $U(2)$ symmetry breaking parameters. The flavor interactions of the theory are tightly constrained, with just 10 free real parameters for both the fermion and scalar sectors. All but one of the 8 small fermion mass ratios, and all of the 3 small Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mixing angles, can be understood without introducing small dimensionless Yukawa parameters. Predictions are made for 2 of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mixing angles and for 2 of the fermion masses. The six flavor mixing matrices which appear at the neutralino vertices, and which in general are arbitrary unitary matrices, are determined in terms of just a single free parameter.

研究の動機と目的

• 対称性の破れによって小さな非対角的スクォークおよびスlepton質量を生成することで、超対称フレーバー変換問題を解決すること。
• 小さな次元なしのヤコビ係数を導入せずに、クォークおよびレプトン質量の観測された階層を説明すること。
• 最小限のフレーバーパラメータで、1つのSU(5) GUTフレームワーク内にフェルミオン質量とフレーバー混合の記述を統合すること。
• 6つのニュートラリノ-フレーバー混合行列を1つの自由パラメータに制限し、理論的曖昧さを低減すること。
• フレーバー対称性の破れと低エネルギー観測量（CKM角やフェルミオン質量）との間で、予測的かつ定量的な関係を確立すること。

提案手法

• SU(5)大統一理論内に、グローバルU(2)フレーバー対称性の階層的破れパターンを実装すること。
• スプリオン解析を用いて、U(2)破れパラメータからスクォークおよびスlepton質量行列の構造を導出すること。
• 標準模型のフェルミオンとその超対称パートナーをSU(5)表現に埋め込み、ゲージカップリングの統一を保証すること。
• ヤコビ係数相互作用を構築し、小さなフェルミオン質量比とCKM混合角が対称性の破れから動的に生じるようにすること。
• 同じU(2)破れセクターからニュートラリノ-フレーバー混合行列を導出し、すべての6つの行列に対して1つの自由パラメータに還元すること。
• 高エネルギーでの対称性の破れと低エネルギーの素粒子物理学を結ぶために、正規化群の進化を適用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小さなフェルミオン質量比とCKM混合角は、微調整を必要とせず、1つの動的メカニズムから導けるか？
• RQ2 対称性の破れを用いて、大統一フレームワーク内での超対称フレーバー変換問題をどのように解決できるか？
• RQ3 超対称GUTにおいて、フェルミオン質量とフレーバー混合を記述するために必要な最小の自由パラメータ数は何か？
• RQ4 6つのニュートラリノ-フレーバー混合行列を一貫性を持って1つのパラメータに制限できるか？
• RQ5 観測されたCKMパラメータとフェルミオン質量は、対称性の破れからどれほどまで予測可能か？

主な発見

• 小さなフェルミオン質量比8つとCKM混合角3つが、次元なしの小さなヤコビ係数を必要とせず予測される。
• 理論は、U(2)破れパラメータから導かれる特定の数値に基づいて、3つのCKM混合角のうち2つと、3つのフェルミオン質量のうち2つを予測する。
• ニュートラリノ頂点における6つのフレーバー混合行列は、1つの自由パラメータによって完全に決定され、独立したフレーバー構造の数が著しく削減される。
• スクォークおよびスlepton質量行列は、U(2)対称性の破れから階層的に生成され、超対称フレーバー変換問題が解決される。
• フェルミオンおよびスカラーセクターの合計で10個の自由実数パラメータしか含まず、極めて制限されたフレーバー構造を持つ。
• 予測は、SU(5) GUTのゲージカップリングの統一と観測された低エネルギーの素粒子物理学と整合する。