[論文レビュー] Toward Realistic Gauge-Higgs Grand Unification

Atsushi Furui, Yutaka Hosotani+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 69被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、ランダム＝サンズの歪んだ余次元空間におけるSO(11)ゲージ-ヒッグス統一理論を提案する。4次元ヒッグスは、第5次元ゲージ場のゼロモードとして生じる。電弱対称性の破れはホソタニ機構により動的に発生し、クォーク・レプトンの質量スケーラムはブレーン相互作用とホソタニ機構を通じて再現されるが、予測されるヒッグス質量は観測値より小さく、捕獲されたレプトン以外のフェルミオンが出現する。

ABSTRACT

The $SO(11)$ gauge-Higgs grand unification in the Randall-Sundrum warped space is presented. The 4D Higgs field is identified as the zero mode of the fifth dimensional component of the gauge potentials, or as the fluctuation mode of the Aharonov-Bohm phase $θ_H$ along the fifth dimension. Fermions are introduced in the bulk in the spinor and vector representations of $SO(11)$. $SO(11)$ is broken to $SO(4) imes SO(6)$ by the orbifold boundary conditions, which is broken to $SU(2)_L imes U(1)_Y imes SU(3)_C$ by a brane scalar. Evaluating the effective potential $V_{ m eff} (θ_H)$, we show that the electroweak symmetry is dynamically broken to $U(1)_{ m EM}$. The quark-lepton masses are generated by the Hosotani mechanism and brane interactions, with which the observed mass spectrum is reproduced. The proton decay is forbidden thanks to the new fermion number conservation. It is pointed out that there appear light exotic fermions. The Higgs boson mass is determined with the quark-lepton masses given, which, however, turns out smaller than the observed value.

研究の動機と目的

• 標準模型を歪んだ余次元空間におけるSO(11)ゲージ理論に埋め込むことで、ゲージ-ヒッグス統一を統一理論に拡張すること。
• プロトンの安定性を保ちながら、ホソタニ機構による電弱対称性の動的破れを実現すること。
• ブレーン相互作用とホソタニ機構を用いて、観測されたクォーク・レプトンの質量スケーラムを再現すること。
• 有効ポテンシャルとヒッグス質量の計算を通じてモデルの妥当性を評価し、軽いヒッグスや捕獲されたレプトン以外のフェルミオンといった制限要因を特定すること。

提案手法

• 4次元ヒッグスをゲージ場の第5次元成分のゼロモードとして実現する。あるいは、第5次元に沿ったアハラノフ＝ボーム位相θHの揺らぎとして実現する。
• オルビフォールド境界条件によりSO(11)をSO(4)×SO(6)に、さらにプランクブレーン上のブレーンスカラーによりSU(2)L×U(1)Y×SU(3)Cに分岐させる。
• ホソタニ機構を用いて、ウィルスン線の非自明な真空期待値により、SU(2)L×U(1)YをU(1)EMに動的に破る。
• 有効ポテンシャルV_eff(θH)を構築し、真空構造と対称性の破れのパターンを決定する。
• SO(11)のスピノルおよびベクトル表現におけるフェルミオンを、バルクに導入し、質量項とブレーン相互作用によるヤコビ型カップリングを導入する。
• ベッセル関数を用いてカーラーツ・クラインモード関数を計算し、1ループ有効ポテンシャルを評価してヒッグス質量を決定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型におけるヒッグス粒子は、歪んだ時空における高次元ゲージ場の一部として自然に実現可能だろうか？
• RQ2 ゲージ-ヒッグス統一フレームワーク内で、ホソタニ機構により電弱対称性の破れパターンをどのように動的に生成できるか？
• RQ3 最小限の場の内容で、クォーク・レプトンの質量スケーラムを再現できるゲージ-ヒッグス統一モデルは存在するか？
• RQ4 このモデルにおける予測されるヒッグス粒子質量は何か？観測値と比較するとどうなるか？
• RQ5 このSO(11)統一モデルにおいて、プロトン崩壊や他のフレーバー変換過程は自然に抑制されるのか？

主な発見

• 電弱対称性はホソタニ機構によりU(1)EMに動的に破れ、アハラノフ＝ボーム位相θHの非ゼロ値で安定した真空が実現される。
• ホソタニ機構とブレーン局在相互作用の相乗効果により、クォーク・レプトンの質量スケーラムが成功裏に再現される。
• モデルは観測値より小さいヒッグス質量を予測しており、さらなるモデルの精錬が求められる。
• 新たなフェルミオン数の対称性のおかげでプロトン崩壊は禁止され、プロトンの寿命は保証される。
• 軽い捕獲されたレプトン以外のフェルミオンがスペクトルに出現するが、これはこのクラスのモデルの一般的な特徴である。
• 有効ポテンシャルV_eff(θH)は有限であり、θH ≈ 0.1に最小値を示し、SMに類似したヒッグスカップリングと整合的である。