[論文レビュー] Kaluza-Klein decomposition and gauge coupling unification in orbifold GUTs

Масуд Чайчиан, Archil Kobakhidze|ArXiv.org|Aug 13, 2002

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、固定点に局在化した運動項を有する5次元超対称性 orbifold GUT におけるカユーザ＝クライン（KK）モード分解を調査し、このような項がKK質量スペクトルおよび相互作用を著しく変化させることを示している。主な結果は、ヒッグスおよび物質場の運動項に関する不確実性が、強いゲージ結合定数の予測に対して制御不能で大きな補正を引き起こし、モデルの予測可能性を著しく損なうものである。これは、ゲージ結合定数の統一やプロトン安定性といった魅力的な物性的特徴を持つにもかかわらずである。

ABSTRACT

We discuss Kaluza-Klein (KK) decomposition in 5-dimensional (5D) field theories with orbifold compactification. Kinetic terms localized at orbifold fixed points, which are inevitably present in any realistic model, modify the standard KK mass spectrum and interactions of KK modes. This, in turn, can significantly affect phenomenology of the orbifold models. As an example, we discuss gauge coupling unification in N=1 supersymmetric 5D orbifold SU(5) model. We have found that uncertainties in the predictions of the model related to modification of the KK masses are large and essentially uncontrollable.

研究の動機と目的

• 固定点に局在化した運動項が5次元場の理論におけるカユーザ＝クラインモード分解に与える影響を分析すること。
• このような項が orbifold GUT におけるKK質量スペクトルおよび相互作用に与える影響を評価すること。
• 現実的な5次元 N=1 超対称性 SU(5) GUT モデルにおけるゲージ結合定数の統一に及ぼす影響を評価すること。
• ヒッグスおよび物質場の固定点に局在化した運動項を含めた場合、モデルが依然として予測可能であるかどうかを特定すること。
• 局在化運動項における未知のパラメータが引き起こすUV感受性の程度を同定すること。

提案手法

• 5次元有効場理論を用いて、固定点に局在化した運動項の存在下での修正されたカユーザ＝クライン分解を導出する。
• 物質およびヒッグス場をバルクに、ゲージ場を固定点に配置した現実的な5次元 N=1 超対称性 SU(5) GUT を構築する。
• 固定点に局在化した運動項による修正された質量スペクトルを組み込んだ状態で、KKモードの1ループ寄与を計算し、ゲージ結合定数の進化を評価する。
• ヒッグスおよび物質場の運動項の相対的強度を定量化するために、無次元パラメータ r1 および r2 を導入する。
• 数値例を用いて、r要因の変動、特にヒッグスおよび物質場の r 要因に対する α3(MZ) の感度を評価する。
• コンactification スケールおよびゲージ結合定数の統一に対する補正の範囲を分析することで、モデルの予測可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 固定点に局在化した運動項は、5次元 orbifold GUT におけるカユーザ＝クライン質量スペクトルおよび相互作用をどのように変化させるか？
• RQ2 ヒッグスおよび物質場の固定点に局在化した運動項は、5次元 SU(5) GUT におけるゲージ結合定数の統一予測にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 ヒッグスおよび物質場の r 要因が不明な場合、強いゲージ結合定数 α3(MZ) を信頼性を持って予測できるか？
• RQ4 ゲージ結合定数の統一の文脈において、制御不能な r 要因が引き起こす不確実性の大きさはどの程度か？
• RQ5 固定点に局在化した運動項による大きな不確実性が存在するにもかかわらず、モデルは物性的に妥当性を保っていると言えるか？

主な発見

• 固定点に局在化した運動項は、カユーザ＝クライン質量スペクトルおよび相互作用を著しく修正し、標準的なKK分解を無効化する。
• r 要因によるコンパクト化スケールの補正は δln(Mc/MZ) ≈ 1.38η に達する可能性があり、η=1 の場合 Mc ≈ 6×10^15 GeV、η=2 の場合 Mc ≈ 2.4×10^16 GeV となる。
• η=2 かつ r 要因 x1=x2=1 の場合、α3(MZ) の予測値は約 0.162 に低下し、実験値の ~0.118 よりも著しく低い値となる。
• ξ1<<1 かつ ξ2>>1 の場合、α3(MZ) の補正の符号が反転し、予測結合定数を顕著に低下させることが示され、r 要因に著しい感度があることが判明する。
• ヒッグスおよび物質場の r 要因に関する不確実性は一般的に大きく、制御不能であり、結果としてゲージ結合定数の統一に関するモデルの予測は信頼性を失う。
• 局在化運動項に関連する計算不能なパラメータによるUV感受性のため、モデルの予測可能性は根本的に損なわれる。