[論文レビュー] Impact of Unparticles on Asymptotic Freedom and Unification of Gauge Couplings

Yi Liao|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 54被引用数 15

ひとこと要約

この論文は、仮説的なスケール不変なセクターとしてのアンパルティクルが、量子場の理論におけるゲージカップリングのランニングにどのように寄与するかを調査している。スケーリング次元dをもつスカラー・アンパルティクルは、標準的スカラーと比較して、(2−d)の係数でベータ関数に寄与することを示しており、d>2のアンパルティクルは漸近的自由性を強化し、統一スケールをシフトさせる。例えば、群の随伴表現に属するd≈2.5のアンパルティクルを3つ含めることで、標準模型のカップリングは約8×10¹² GeVで統一され、超対称性のスケールよりもはるかに低いエネルギースケールで実現される。

ABSTRACT

Unparticles charged under a gauge group can contribute to the running of the gauge coupling. We show that a scalar unparticle of scaling dimension d contributes to the \beta function a term that is (2-d) times that from a scalar particle in the same representation. This result has important implications on asymptotic freedom and unification of gauge couplings. An unparticle with d>2, in contrast to its matter counterpart, can speed up the approach to asymptotic freedom for a non-Abelian gauge theory and has the tendency to make an Abelian theory also asymptotically free. For not spoiling the excellent agreement of the standard model (SM) with precision tests, the infrared cut-off of such an unparticle would be high but might still be reachable at colliders such as LHC and ILC. Furthermore, it can significantly modify the unification pattern of the SM gauge couplings. For instance, with 3 scalar unparticles of d\sim 2.5 in the adjoint representation of the strong gauge group but neutral under the electroweak one, the three gauge couplings would unify at a scale of \sim 8 imes 10^{12} GeV, which is several orders of magnitude below the supersymmetric unification scale.

研究の動機と目的

• 非アーベルおよびアーベルゲージ理論におけるアンパルティクルのゲージカップリングのランニングに与える影響を調査すること。
• アンパルティクルの寄与が漸近的自由性およびゲージカップリングの統一に与える影響を特定すること。
• アンパルティクルが統一スケールを変更しつつも、標準模型の精度テストと整合性を保てるかどうかを評価すること。
• 高インフラレッドカットオフを持つアンパルティクルが、LHCやILCで探査可能かどうかを、コライダーでの実現可能性を評価すること。

提案手法

• スケーリング次元dをもつスカラー・アンパルティクルがゲージカップリングのベータ関数に与える寄与を導出すること。
• 同じ表現に属する標準的スカラー粒子と比較し、(2−d)の係数の違いを示すこと。
• アンパルティクル寄与を含めた場合のゲージカップリングの修正されたランニングを分析すること。
• SU(3)Cの随伴表現に属するが、SU(2)L×U(1)Yに関してはシングレットであると仮定した場合に、標準模型ゲージカップリングの統一スケールを計算すること。
• 高エネルギーから低エネルギーへと、反復的ランゲージ群方程式を用いてカップリングを発展させ、アンパルティクル効果を組み込むこと。
• 精密電弱テストとの整合性およびコライダーでの探査可能性を満たすかを評価することで、素粒子物理学的実現可能性を検討すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スケーリング次元dをもつスカラー・アンパルティクルは、同じ表現に属する標準的スカラー粒子と比較して、ゲージカップリングのベータ関数にどのように寄与するか？
• RQ2 d>2のアンパルティクルは、非アーベルおよびアーベルゲージ理論において漸近的自由性を誘発または強化できるか？
• RQ3 アンパルティクルは、標準模型ゲージカップリングの統一スケールにどのような影響を与えるか？
• RQ4 アンパルティクルは、統一スケールを低下させつつも、精密電弱測定と整合性を保てるか？
• RQ5 高インフラレッドカットオフを持つアンパルティクルのコライダー探査可能性はどの程度か？

主な発見

• スケーリング次元dをもつスカラー・アンパルティクルは、同じ表現に属する標準的スカラーと比較して、ベータ関数に(2−d)の係数で寄与する。
• d>2のアンパルティクルは漸近的自由性を強化し、非アーベル理論では自由性に近づく速度が速まり、場合によってはアーベル理論に対しても漸近的自由性をもたらす可能性がある。
• d>2のアンパルティクルは、超対称性のスケールと比較して、標準模型ゲージカップリングの統一スケールを顕著に低下させる。
• SU(3)Cの随伴表現に属するが、電弱群に対しては中性のスカラー・アンパルティクルを3つ含めると、3つの標準模型ゲージカップリングは約8×10¹² GeVで統一される。
• このようなアンパルティクルのインフラレッドカットオフは、精密テストとの整合性を保つために高くなければならないが、依然としてLHCやILCのようなコライダーで探査可能である可能性がある。