[論文レビュー] Combining Pati-Salam and Flavour Symmetries

Thorsten Feldmann, Florian Hartmann+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 35被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、重いフェルミオン的パートナーやフラボン場を介して、ローレンツ的結合を伴う対称性の自発的破れを実現する、ゲージ化されたフレーバー対称性を拡張したパティ・サラムの統一理論（GUT）を提案する。このモデルは、シングレットおよびトリプレットのフラボンの真空期待値（VEV）によって、クォークおよびレプトンの現実的なヤコビ行列を生成し、第3世代のフレーバーおよび電弱精度観測量における観測可能なずれを予測するが、同時に軽いフレーバー物理からの制約を満たしている。

ABSTRACT

We construct an extension of the Standard Model (SM) which is based on grand unification with Pati-Salam symmetry. The setup is supplemented with the idea of spontaneous flavour symmetry breaking which is mediated through flavon fields with renormalizable couplings to new heavy fermions. While we argue that the new gauge bosons in this approach can be sufficiently heavy to be irrelevant at low energies, the fermionic partners of the SM quarks, in particular those for the third generation, can be relatively light and provide new sources of flavour violation. The size of the effects is constrained by the observed values of the SM Yukawa matrices, but in a way that is different from the standard minimal-flavour violation approach. We determine characteristic deviations from the SM that could eventually be observed in future precision measurements.

研究の動機と目的

• ローレンツ的結合を伴う、フレーバー対称性の自発的破れを実現する、再正規化可能なパティ・サラムGUTモデルを構築すること。
• 最小フレーバー不変性の仮定に依存せずに、標準模型（SM）ヤコビ行列の階層的構造を説明すること。
• 特に第3世代クォークを含む、電弱およびフレーバー観測量における標準模型（SM）からの測定可能なずれを特定すること。
• $K$-$\overline{K}$混合およびレアなカリオン崩壊からの間接的フレーバー制約と整合性を保つこと。
• 追加のフラボン構造を用いて、実際の電荷レプトンおよびニュートリノ質量を含めるためにフレームワークを拡張すること。

提案手法

• 各SMクォーク世代に対して、パティ・サラムゲージ群およびフレーバー対称性に従って変換する、重いベクトル型フェルミオン的パートナーを導入する。
• 2つの$SU(2)$因子を関連付ける$Z_2$対称性を導入して、モデル内での左右対称性を保証する。
• フレーバー対称性を破るため、$SU(2) \times SU(2)'$因子に対して、シングレットおよびトリプレットとして変換する行列値フラボン場を導入する。
• フラボン場の真空期待値（VEV）を用いて、有効ヤコビ結合を生成する：$Y_{u,d} \sim \text{フラボンVEVの逆数}$、ここで$Y_u \neq Y_d$は、異なるフラボン寄与による。
• フェルミオン質量行列を対角化するための連続的な基底変換を適用し、ゲージカレントに有効な$\mathcal{K}$行列を導出する。
• ゲージ相互作用の近似質量基底における近似式を導出し、$\mathcal{O}(\epsilon^3)$までの補正を含め、フレーバー不変性の破れ効果を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パティ・サラムGUTは、どのようにゲージ化されたフレーバー対称性を拡張することで、現実的なヤコビテクスチャーを生成できるか？
• RQ2 特にシングレットおよびトリプレット表現のフラボンVEVは、上型および下型クォークヤコビ行列を区別するために果たす役割は何か？
• RQ3 第3世代における測定可能なフレーバー不変性の破れ効果を生成しつつ、第1および第2世代のフレーバー観測量からの制約と整合的であるか？
• RQ4 重いフェルミオン的パートナーのゲージ相互作用は、近似質量基底における$W$および$Z$ボソンの$\mathcal{K}$行列にどのように影響を与えるか？
• RQ5 追加のフラボン場を用いて、適切な量子数を備えることで、このフレームワークを電荷レプトンおよびニュートリノ質量を含めるために拡張可能か？

主な発見

• シングレットおよびトリプレットのフラボンの別々のVEVにより、$Y_u \neq Y_d$が実現され、現実的なクォーク質量および混合角が得られる。
• トップクォークのパートナー$t'$は相対的に軽く、SMのトップクォークと顕著な混合を示すため、LHCで観測可能である可能性がある。
• フレーバー不変性の破れ効果は第3世代で強く増幅され、電弱精度観測量における測定可能なずれを引き起こす。
• $K$-$\overline{K}$混合およびレアなカリオン崩壊からの間接的制約は、フレーバー対称性の破れ構造のおかげで自然に満たされる。
• 近似質量基底における$W$および$Z$ボソンの有効$\mathcal{K}$行列には、$\mathcal{O}(\epsilon^3)$補正が含まれており、これが主なフレーバー不変性の破れ寄与を記述する。
• 追加のフラボン場を適切な量子数で導入することで、このフレームワークは、電荷レプトンおよびニュートリノ質量を体系的に拡張可能である。