[論文レビュー] A Peculiar Extra U(1)

S. M. Barr, Ilja Doršner|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2005

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、1つの追加フェルミオン多重項（具体的にはレプトン三重項）を1ファミリーあたり唯一にすることで、すべての異常キャンセレーション条件を満たす、ファミリーに依存しない新しいU(1)ゲージ対称性を提案する。このモデルは4次元のグランドユニフィケーションを避けるが、追加のU(1)を伴うパティ・サラム型の構造と関連づけられ、標準模型を越えたレプトン物理学における新たな道筋を示唆する。

ABSTRACT

A family-independent "extra U(1)", whose possibility has not hitherto been noticed, is discussed. It satisfies all anomaly constraints in a maximally economical way, that is, with only a single extra fermion multiplet per family. Those extra multiplets are lepton triplets. This extra U(1) cannot come from four-dimensional grand unification, but can be related to a Pati-Salam scheme with an extra U(1). Possible implications for lepton physics are discussed.

研究の動機と目的

• 4次元のグランドユニフィケーションの複雑さを避ける、以前に注目されなかったファミリーに依存しない追加のU(1)ゲージ対称性の構築を試みる。
• 最小限のフェルミオン内容（1ファミリーあたり1つの追加多重項）で、すべての異常キャンセレーション条件を満たす。
• 追加のU(1)の構造が、追加のU(1)因子を加えたパティ・サラム型のユニフィケーションスキームと整合することを特定する。
• この対称性がレプトン系の素粒子物理学的現象に与える影響を、特にその最小限のフェルミオン内容を踏まえて調査する。

提案手法

• ファミリー量子数に依存しない、普遍的な性質を持つ新しいU(1)ゲージ対称性を仮定することで、フェルミオン世代間の均一性を保証する。
• 異常キャンセレーションのために追加の多重項を必要としないよう、1ファミリーあたり1つの追加フェルミオン多重項（具体的にはレプトン三重項）を導入する。
• 新しいU(1)電荷割り当ての下で、すべての混合異常および重力的異常が消えることを確認することで、異常キャンセレーションを保証する。
• 新しい対称性を実現するモデル枠組みを、パティ・サラムのユニフィケーションに追加のU(1)ゲージ群を加えることで構築する。
• 新しいフェルミオンの電荷割り当てと量子数を分析し、既知のゲージ異常およびフェルミオン内容と整合することを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最小限のフェルミオン内容で、すべての異常キャンセレーション条件を満たす、ファミリーに依存しない追加のU(1)ゲージ対称性を構築できるか？
• RQ2 このようなモデルにおける異常キャンセレーションに必要な最小限のフェルミオン表現は何か？また、それは自然にレプトン三重項を好むか？
• RQ3 この追加のU(1)は、特に追加のU(1)を加えたパティ・サラム型ユニフィケーションスキームとどのように関係するか？
• RQ4 レプトン物理学における、例えばニュートリノ質量やレプトン数の破れといった、潜在的な素粒子物理学的結果は何か？

主な発見

• 本モデルは、1ファミリーあたり1つの追加フェルミオン多重項で、すべての異常キャンセレーション条件を満たすファミリーに依存しない追加のU(1)対称性を実現する。
• 最小限のフェルミオン内容は、1ファミリーあたり1つのレプトン三重項であり、追加の表現を必要とせず、すべての異常をキャンセルするのに十分である。
• 追加のU(1)は、標準的な4次元のグランドユニフィケーションから生じないため、別個の起源または埋め込みを持つことを示唆する。
• 本モデルは、追加のU(1)ゲージ因子を加えたパティ・サラム型ユニフィケーションスキームと整合可能であり、ユニフィケーションへの可能性ある道筋を示唆する。