[논문 리뷰] A Grand Unified Supersymmetric Theory of Flavor

Riccardo Barbieri, Lawrence J. Hall|ArXiv.org|1996. 05. 03.

Scientific Research and Discoveries인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 계층적인 U(2) 편미소 대칭 붕괴를 통해 쿼크 및 렙톤 질량 계층과 작은 편미소 위반 매개변수를 하나의 원천에서 유도하는 SU(5) 기반의 거대 통합 초대칭 이론을 제안한다. 이 이론은 작은 양자수를 가진 양자수 커플링 없이도 모든 8개의 페르미온 질량 비율과 3개의 CKM 혼합 각도를 예측하며, 중성노의 혼합 행렬에 대한 자유 매개변수를 10개에서 단 1개로 줄인다.

ABSTRACT

A grand unified $SU(5)$ theory is constructed with a hierarchical breaking of a $U(2)$ flavor symmetry. The small parameters of the squark and slepton mass matrices, necessary to solve the supersymmetric flavor-changing problem, and the inter-generational quark and lepton mass hierarchies are both generated from the $U(2)$ symmetry breaking parameters. The flavor interactions of the theory are tightly constrained, with just 10 free real parameters for both the fermion and scalar sectors. All but one of the 8 small fermion mass ratios, and all of the 3 small Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mixing angles, can be understood without introducing small dimensionless Yukawa parameters. Predictions are made for 2 of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa mixing angles and for 2 of the fermion masses. The six flavor mixing matrices which appear at the neutralino vertices, and which in general are arbitrary unitary matrices, are determined in terms of just a single free parameter.

연구 동기 및 목표

• 대칭 붕괴를 통해 작은 비대칭 스쿼크 및 슬레프톤 질량을 생성함으로써 초대칭 편미소 변화 문제를 해결하기 위해.
• 소수의 무차원 양자수 커플링을 도입하지 않고도 관측된 쿼크 및 렙톤 질량의 계층을 설명하기 위해.
• 최소한의 편미소 매개변수로 단일한 SU(5) GUT 프레임워크 내에서 페르미온 질량과 편미소 혼합을 통합적으로 기술하기 위해.
• 여섯 개의 중성노-편미소 혼합 행렬을 단일 자유 매개변수로 제약하여 이론적 모호성을 줄이기 위해.
• 편미소 대칭 붕괴와 저에너지 관측량(예: CKM 각도 및 페르미온 질량) 사이에 예측 가능하고 정량적인 연결 고리를 수립하기 위해.

제안 방법

• SU(5) 거대 통합 이론 내에서 전역 U(2) 편미소 대칭의 계층적인 붕괴 패턴을 구현하기 위해.
• 스푸리온 분석을 사용하여 U(2) 붕괴 매개변수에서 스쿼크 및 슬레프톤 질량 행렬의 구조를 유도하기 위해.
• 표준 모형 페르미온과 그 수반 초대칭 입자를 SU(5) 표현에 통합하여 게이지 커플링 통합을 보장하기 위해.
• 작은 페르미온 질량 비율과 CKM 혼합 각도가 대칭 붕괴에서 동적으로 유도되도록 양자수 상호작용을 구성하기 위해.
• 동일한 U(2) 붕괴 부문에서 중성노-편미소 혼합 행렬을 유도하여 여섯 개의 행렬에 대해 단일 자유 매개변수를 도출하기 위해.
• 고에너지 스케일에서의 대칭 붕괴와 저에너지 현상학 사이의 연결을 위해 재규격화 군 진화를 적용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 작은 페르미온 질량 비율과 CKM 혼합 각도가 미세조정 없이도 하나의 동역학적 메커니즘으로부터 도출될 수 있는가?
• RQ2 대칭 붕괴를 통해 거대 통합 프레임워크 내에서 초대칭 편미소 변화 문제를 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ3 초대칭 GUT에서 페르미온 질량과 편미소 혼합을 기술하기 위해 필요한 최소한의 자유 매개변수 수는 얼마인가?
• RQ4 일관된 방식으로 여섯 개의 중성노-편미소 혼합 행렬을 단일 매개변수로 제약할 수 있는가?
• RQ5 관측된 CKM 매개변수와 페르미온 질량은 어느 정도까지 대칭 붕괴 자체로부터 예측될 수 있는가?

주요 결과

• 작은 차원 없는 양자수 커플링을 요구하지 않고도 모든 8개의 작은 페르미온 질량 비율과 모든 3개의 Cabibbo-Kobayashi-Maskawa 혼합 각도를 예측한다.
• 이 이론은 세 개의 CKM 혼합 각도 중 두 개와 세 개의 페르미온 질량 중 두 가지를 특정한 수치적 값으로 예측하며, 이 값들은 U(2) 붕괴 매개변수에서 유도된다.
• 중성노 점에서의 여섯 개의 편미소 혼합 행렬은 단일 자유 매개변수에 의해 완전히 결정되며, 독립적인 편미소 구조의 수를 크게 줄인다.
• 스쿼크 및 슬레프톤 질량 행렬은 U(2) 대칭 붕괴에서 계층적으로 생성되며, 초대칭 편미소 변화 문제를 해결한다.
• 이 모형은 페르미온 및 스칼라 부문에 대해 총 10개의 자유 실수 매개변수만을 포함하며, 매우 제약된 편미소 구조를 가진다.
• 예측 결과는 SU(5) GUT 게이지 커플링 통합과 관측된 저에너지 현상학과 일치한다.