[論文レビュー] Introduction to Theories of Fermion Masses

Stuart Raby|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 1995

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、標準模型およびその先の素因数質量階層を説明するために用いられる3つの主要なメカニズム—Yukawa結合、Froggatt-Nielsen U(1)対称性、および放射線的生成—について、教育的入門を提供する。これらは、特にSO(10)における統一理論への応用がレビューされ、最小限の仮定でフェルミオン質量および混合角を予測するフレームワークが提示される。

ABSTRACT

This paper is based on four lectures given at the Trieste Summer School 1994 on theories of fermion masses. The first two lectures introduce three mechanisms which have been used to construct models of fermion masses. We then discuss some recent applications of these ideas. In the last lecture we briefly review SO(10) and some predictive theories of fermion masses.

研究の動機と目的

• 標準模型における観測されたフェルミオン質量階層を説明する理論的枠組みについて、明快かつアクセス可能な紹介を提供すること。
• フレーバー対称性およびゲージ拡張が、質量テクスチャーおよび混合パターンの生成に果たす役割を探ること。
• 特にSO(10)を用いた大統一理論が、フェルミオン質量および混合角を統一的に予測する予測力について提示すること。
• これらのメカニズムが、フェルミオン質量の物性的に妥当なモデルにどのように応用されているかをレビューすること。
• 高エネルギー物性論におけるフレーバー物理学および統一理論を研究する研究者にとっての基盤的参考文献としての役割を果たすこと。

提案手法

• 講義は、ヒッグス場とのYukawa結合、フレーバー場を伴うFroggatt-Nielsen U(1)フレーバー対称性、およびループ補正による放射線的質量生成という3つの主要メカニズムを中心に構成される。
• 本稿では、有効場理論的手法を用いて、基礎的な対称性および力学的構造から質量行列を導出する。
• すべての標準模型フェルミオンが1つのスピンルーレット表現に変換されるという特徴を持つSO(10)大統一理論は、統一された質量予測を可能にするフレームワークとしてレビューされる。
• フェルミオン質量テクスチャーは、フレーバー場の整列およびグローバルまたはローカルU(1)対称性の破れから導かれる。
• 群論的手法を用いて理論的モデルを構築し、Yukawa結合を制約し、質量階層を予測する。
• 対称性に基づく仮定および最小限の場の内容から導かれる質量比および混合角の数値結果が提示される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統一場理論の枠組み内で、フェルミオン質量の大きな階層はどのように動的に生成可能か？
• RQ2 U(1)フレーバー対称性およびフレーバー場は、階層的なYukawa結合の生成にどのような役割を果たすか？
• RQ3 SO(10)大統一理論は、観測されたフェルミオン質量および混合角をどの程度まで予測可能か？
• RQ4 最小限のヒッグス内容を持つモデルにおいて、ループ補正はフェルミオン質量生成にどのように寄与するか？
• RQ5 フレーバー対称性の破れスケールに対する物性的制約および低エネルギー観測量への影響は何か？

主な発見

• U(1)フレーバー対称性を伴うFroggatt-Nielsenメカニズムは、Yukawa結合のべき乗抑制によってフェルミオン質量の階層的構造を自然に説明する。
• SO(10)大統一理論は、すべての標準模型フェルミオンを1つの10次元スピンルーレット表現に統合し、質量行列の統一的記述を可能にする。
• 本稿は、最小限の場の内容および対称性の仮定のもとで、有効理論において現実的な質量階層および混合角を再現可能であることを示している。
• ループ補正による放射線的質量生成は、近似的なグローバル対称性を持つモデルにおいて、木レベルYukawa結合の代替として有効である。
• これらのメカニズムに基づく理論的モデルは、発表時における実験データと整合するクォークおよびレプトンの混合角を予測する。
• このフレームワークは、フレーバー破れ過程およびレア崩壊における検証可能な予測を可能にし、高エネルギー物理学と低エネルギー物性論を結びつける。