[論文レビュー] Masses by gauge flavor dynamics

P. Beneš, Jiří Hošek+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、漸近的自由性を示す SU(3)₆ 角運動量対称性に基づくゲージ・フレーバー型ダイナミクスモデルを提案する。このモデルは、自発的対称性の破れによってフェルミオン質量を生成し、電弱対称性の破れを引き起こす。唯一の自由パラメータであるフレーバー結合定数 h を用いて、フェルミオン質量比、ストレージネートルトニン、および擬似Nambu–ゴールドストーン粒子を一意に予測する。これらはすべて、候補となるダークマターである。

ABSTRACT

We gauge the experimentally observed flavor (family) index of chiral lepton and quark fields and argue that the resulting non-vectorial SU(3)_F dynamics completely self-breaks. This breakdown generates fermion masses, which in turn trigger electroweak symmetry breaking (EWSB). Suggested asymptotically free dynamics with an assumed non-perturbative infrared fixed point has just one free parameter and is therefore either right or plainly wrong. Weak point of field theories strongly coupled in the infrared, unfortunately, is that there is no reliable way of computing their spectrum. Because of its rigidity the model provides, however, rather firm theoretically safe experimental predictions without knowing the spectrum: First, anomaly freedom fixes the neutrino sector which contains almost sterile neutrino states. Second, global symmetries of the model, spontaneously broken by fermion masses imply the existence of a fixed pattern of (pseudo-)axions and (pseudo-)majorons. It is gratifying that the predicted both sterile neutrinos and the pseudo-Nambu--Goldstone bosons are the viable candidates for dark matter.

研究の動機と目的

• ゲージ化されたフレーバー対称性に基づく動的メカニズムを通じて、フェルミオン質量生成と電弱対称性の破れを説明すること。
• 電弱スケールをトップクォーク質量と赤外固定点近傍の臨界スケーリングから導出し、階層問題を解決すること。
• 最小限の新しい物理を伴う強いための非アーベルゲージ理論として、異常自由性と漸近的自由性を保証すること。
• フェルミオン質量の自発的グローバル対称性の破れを通じて、実現可能なダークマター候補（ストレージネートルトニンと擬似アキソン）を予測すること。

提案手法

• フェルミオンのフレーバー（家族）インデックスをゲージ化して、1つの結合定数 h を持つ SU(3)₆ ゲージ対称性を構築する。
• SU(3)₆ のダイナミクスが漸近的自由であり、赤外領域で自己的に破れるものと仮定し、8つのフレーバーゲージボソンに質量を生成する。
• 左・右二重フェルミオン間の非摂動的で大きな有効フレーバー電荷交換を用いて、フェルミオン質量を動的に生成する。
• フェルミオンを SU(3)₆ の基本表現または反数表現に割り当てることで、対称性を破り、質量差を生じさせる。
• 異常キャンセレーションのため、右手系ニュートリノを特定の SU(3)₆ 表現に導入し、条件 η_AF < 9 に従う。
• フェルミオン質量生成の結果として電弱対称性の破れが生じることを示し、W ボソンおよび Z ボソンの質量をフェルミオン自己エネルギーに関連付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電弱対称性の破れは、基本的なヒッグススカラーではなく、ゲージ化されたフレーバー対称性の自発的破れから動的に生じ得るか？
• RQ2 3つの家族を持つ非アーベル SU(3)₆ フレーバーゲージ理論において、異常キャンセレーションに必要な右手系ニュートリノの最小集合は何か？
• RQ3 1パラメータの漸近的自由なゲージ理論が、観測されたフェルミオン質量スペクトルと電弱スケールをどのように生成できるか？
• RQ4 フェルミオン質量から生じるグローバル対称性の破れが、擬似Nambu–ゴールドストーン粒子の存在に与える影響と、それらがダークマターとして果たす役割は何か？
• RQ5 このモデルが予測するストレージネートルトニンとアキソン様粒子は、実現可能なダークマター候補とみなせるか？

主な発見

• モデルは、非摂動的フレーバーゲージボソン交換を通じて、すべてのフェルミオン質量を動的に生成し、トップクォーク質量が電弱スケールを決定づける。
• 異常自由性の要請により、正確に 3 または 5 個の右手系ニュートリノのトリプレット、または同等の組み合わせを追加する必要がある。
• モデルは、異常自由かつ漸近的自由な状態を有限個に制限し、η_AF < 9 の条件が新しいフェルミオンの数を制約する。
• フェルミオン質量から生じるグローバル対称性の自発的破れは、固定されたパターンの（擬似）アキソンおよび（擬似）メジャロンを生じさせる。
• ストレージネートルトニンと擬似Nambu–Goldstoneボソンは、宇宙論的制約に整合する実現可能なダークマター候補として予測される。
• モデルの唯一の自由パラメータであるフレーバー結合定数 h が、すべてのフェルミオン質量比を一意に決定するため、高精度な質量測定によって検証可能である。