[論文レビュー] Totally asymptotically free trinification

Giulio Maria Pelaggi, Алессандро Струмиа+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 18被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、三重化ゲージ群 SU(3)ₗ × SU(3)ᵣ × SU(3)꜀ に基づく現実的でTeVスケールの標準模型の拡張を提案し、すべてのゲージ、ヤコビ、四スカラー結合定数が無限大のエネルギーまで摂動的であることを保証することで、全漸近的自由性（TAF）を達成する。三世代のヒッグスおよび追加のベクトル型フェルミオンを有する妥当なモデルを体系的に同定し、ランドウ極を回避し、微調整を必要とせずにヒッグス質量を安定化させるTAF解を構築した。

ABSTRACT

Motivated by new ideas about the Higgs mass naturalness problem, we present realistic TeV-scale extensions of the Standard Model, into the gauge group SU(3)_L x SU(3)_R x SU(3)_c, such that all gauge, Yukawa and quartic couplings can be extrapolated up to infinite energy. Three generations of chiral fermions and Higgses are needed, as well as some extra fermion.

研究の動機と目的

• ヒッグスの自然性問題に取り組むために、微調整に依存せず、物理的・観測可能なヒッグス質量補正のみを自然とみなす。
• すべての結合定数（ゲージ、ヤコビ、四スカラー）にランドウ極が存在せず、全漸近的自由性（TAF）を満たすUV完全な、現実的な標準模型の拡張を構築する。
• パティ・サランモデルのクォーク・レプトン統一問題を避ける一方で、フラバーおよび質量制約を満たす三重化をTAFモデルの有効なフレームワークとして探求する。
• ベクトル型フェルミオンの追加により、最小三重化のTAF拡張を体系的に分類・同定する、特に三世代のヒッグスを有する場合に焦点を当てる。
• TAFが、不安定または特異な色荷を有する粒子や安定な粒子を導入することなく実現可能であることを示し、LHCデータおよびニュートリノ質量と整合性を保つ。

提案手法

• フィールド内容および結合定数のブルートフォーススキャンを実行する計算コードを開発し、1ループの整合性方程式（RGE）を計算してTAF条件を検証した。
• 三世代のヒッグス（n=3）を有する最小三重化モデルを構築し、微調整を必要とせずにクォークおよびレプトン質量を自然に生成した。
• ベクトル型フェルミオンの家族（Qₗ, Qᵣ, L）を最小モデルに追加し、新たなヤコビおよび質量項を導入した。これにより、RGEの流れを制御することでTAFを維持した。
• 二重トリプレットスカラー（H₁, H₂）の真空期待値（VEV）を用いて、三重化ゲージ群を標準模型の群にまで対称性の自発的破れを行い、VEVはTeVスケール程度とした。
• すべてのβ関数がすべてのエネルギースケールで負であるというTAF条件を適用し、結合定数が無限大のエネルギーまで摂動的であることを保証した。
• RGEにおける固定点の流れを解き、IR吸引的方向を特定し、一部のヤコビおよび四スカラー結合定数を一意に決定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべてのゲージ、ヤコビ、四スカラー結合定数が無限大のエネルギーまで摂動的であることを保証する、現実的でTeVスケールの標準模型の拡張を構築できるか？ すなわち、全漸近的自由性（TAF）を満たすか？
• RQ2 三世代のヒッグスを有する三重化では、Exoticフェルミオンの質量における微調整の必要性を回避できるTAFモデルが可能か？
• RQ3 TAFが、実験的制約に反する安定で特異な色荷を有する粒子や、色荷を有する粒子を導入することなく、三重化モデルで達成可能か？
• RQ4 ベクトル型フェルミオンの追加が、正しいフェルミオン質量および混合のパターンを保ちながら、TAF解を安定化させる役割を果たすか？
• RQ5 TAF三重化モデルは、LHCの二ボソン異常と整合する、物理的に実現可能な信号（例えば、重いWᵣゲージボソンやZ′共鳴）を予測するか？

主な発見

• 本稿では、三世代のヒッグス（n=3）を有する複数のTAF三重化モデルを成功裏に同定し、n=2モデルが抱えるExoticフェルミオン質量の微調整問題を解決した。
• n=3の場合、90個の四スカラー結合定数がTAF条件を満たす必要があり、著者らはランドウ極を回避し、微調整を必要とせずにヒッグス質量を安定化させる妥当な解を発見した。
• ヤコビおよび四スカラー結合定数の約半数が、IR吸引的固定点の流れにより一意に予測可能であり、予測可能性が向上した。
• モデルは、約1.9 TeVの重いWᵣゲージボソンを予測しており、これはLHCランIデータにおける二ボソン過剰と整合する。
• モデルはgᵣ/gₗ ≈ 0.67およびM_Z′ ≈ 1.7 M_Wᵣを予測しており、これはLHCの異常と整合し、検証可能なシグネチャを提供する。
• 特異な粒子や安定な粒子を予測しない複数のTAFモデルが同定され、これによりフェルミオンのフラバーおよびダークマター制約と整合する現象論的妥当なモデルが得られた。