[論文レビュー] Fermion masses and proton decay in string-inspired SU(4)*SU(2)^2*U(1)_X

T. Dent, G.K. Leontaris+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 30被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、U(1)ₓ荷を通じた非可逆的演算子による階層的フェルミオン質量と大規模なニュートリノ混合を説明するスーパースymmtricな SU(4)×SU(2)²×U(1)ₓ モデルを提案する。同時に、異常キャンセレーションによって自動的に陽子崩壊を抑制する。このモデルは、階層的な軽いニュートリノスケールとバイ・ラージ混合を実現し、分数的 U(1)ₓ 荷によって B-違反の次元4および次元5演算子を抑制する。

ABSTRACT

We present a supersymmetric model of fermion masses with SU(4)*SU(2)^2*U(1)_X gauge group with matter in fundamental and antisymmetric tensor representations only. The up, down, charged lepton and neutrino Yukawa matrices are distinguished by different Clebsch-Gordan coefficients due to contracting over SU(4) and SU(2)_R indices. We obtain a hierarchical light neutrino mass spectrum with bi-large mixing. The condition that anomalies be cancelled by a Green-Schwarz mechanism leads to fractional U(1)_X charges which exclude $B$ violation through dimension-4 and -5 operators.

研究の動機と目的

• 観測されたフェルミオン質量と混合を説明する、SU(4)×SU(2)²×U(1)ₓゲージ群を有するストリングにインspiredされた大統一理論を構築すること。
• 統一モデルにおける大規模な大気的および太陽ニュートリノ混合角が引き起こす課題に対処すること。
• グリーン＝シュガー機構による異常キャンセレーションを通じて、次元4および次元5レベルでの B 数違反が禁止されるように、陽子崩壊を抑制すること。
• 右手系ニュートリノの階層的質量を用いて、軽いニュートリノ質量のシー・スイッチ機構を実現すること。
• ゲージ結合定数の統一と最小限の場の内容を満たすフレームワークを提供すること。これにより、大きなヒッグス表現やダブルット・トリプレット分割を回避する。

提案手法

• SU(4)およびSU(2)Rの基本表現および反対称テンソル表現を用い、フェルミオン質量はストリングスケール MS で抑制される非可逆的スーパーポテンシャル演算子によって生成される。
• SU(4)およびSU(2)Rのインデックス縮約に起因する異なる Clebsch-Gordan 系数のおかげで、上型クォーク、下型クォーク、電磁レプトン、ニュートリノの間にヤコビ係数が異なる。
• 右手系ニュートリノは、U(1)ₓ荷を持つスカラーダイレクト・スケール φ とヒッグス場 H を含む非可逆的結合を通じてマヨラナ質量を得る。これによりシー・スイッチ機構が実現される。
• グリーン＝シュガー機構による異常キャンセレーションが、U(1)ₓ荷を分数値に固定し、危険な B-および L-違反演算子を抑制する。
• 有効理論を単純化し、高次の補正を抑制するために、単一の H- H̄ 群とスカラーダイレクト・スケール φ を仮定し、最小限の U(1)ₓ 荷を設定する。
• シー・スイッチ機構は、最も軽い右手系ニュートリノ質量（約 10¹¹ GeV）の階層的 RHN 質量スペクトルと、階層的ディラック質量行列のキャンセルを通じて実現され、大規模なニュートリノ混合を生じる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ストリングにインスパイアされた SU(4)×SU(2)²×U(1)ₓ モデルは、観測された階層的フェルミオン質量と大規模なニュートリノ混合角を再現できるか？
• RQ2 U(1)ₓゲージ対称性とグリーン＝シュガー異常キャンセレーションの組み合わせにより、次元4および次元5レベルでの陽子崩壊はどのように抑制されるか？
• RQ3 このモデルにおけるシー・スイッチ機構の起源は何か？また、右手系ニュートリノ質量の階層はどのようにしてバイ・ラージニュートリノ混合を生じるか？
• RQ4 このモデルはゲージ結合定数の統一を達成でき、大きなヒッグス表現やダブルット・トリプレット分割の必要性を回避できるか？
• RQ5 U(1)ₓ荷の割り当ては、R-パリティ破れ演算子およびMSSMのμ項にどのような制約を課えるか？

主な発見

• このモデルは、最も軽い質量固有状態が最も重いものの約 0.03 倍である階層的軽いニュートリノ質量スペクトルを達成し、ニュートリノ振動データと整合する。
• ニュートリノ混合角 θ₁₃ は、U(1)ₓ 荷の階層に起因する抑制因子 η ≈ 0.04 を用いて √η/2 ≈ 0.12 と予測される。
• 最も軽い右手系ニュートリノ質量は数 × 10¹¹ GeV と推定され、最も重いものはパティ＝サラムの対称性破れスケールよりわずかに低い。
• すべての次元4および次元5の陽子崩壊演算子は、必要なゲージ不変な組み合わせが形成できないように、分数的 U(1)ₓ 荷のおかげで禁止される。
• MSSMのμ項はわずかに抑制（約 η³/⁴ の因子）されるため、このモデルではμ問題は未解決のままである。
• このモデルはゲージ結合定数の統一と整合し、ダブルット・トリプレット分割問題を回避する。また、基本的および反対称テンソル表現の場のみを必要とする。