[논문 리뷰] A novel 3-3-1 model for the generation of the SM fermion mass and mixing pattern

A. E. Cárcamo Hernández, Sergey Kovalenko외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 24.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 $Z_2 \times Z_4 \times U(1)_{L_g}$ 대칭과 확장된 스칼라 섹터를 갖는 재규격화 가능한 3-3-1 모델을 제안하며, 표준모형 페르미온 질량 계층을 순차적 루프 억제를 통해 설명한다: 토프 및 이국적 페르미온은 나무 수준에서 질량을 얻고, 바텀, 찰드, 타우, 뮤온은 1차 루프에서, 가벼운 쿼크와 전자는 2차 루프에서 질량을 얻는다. 활성 중성미오 질량은 두 번째 루프 선형-역세이프 메커니즘을 통해 도출되며, 타당한 페르미온성 및 스칼라 어두운 물질 후보가 식별된다.

ABSTRACT

We propose an extension of the 3-3-1 model with an additional symmetry group $Z_{2} imes Z_{4} imes U(1)_{L_g}$ and an extended scalar sector. To our best knowledge this is the first example of a renormalizable 3-3-1 model, which allows explanation of the SM fermion mass hierarchy by a sequential loop suppression: tree-level top and exotic fermion masses, 1-loop bottom, charm, tau and muon masses; 2-loop masses for the light up, down, strange quarks as well as for the electron. The light active neutrino masses are generated from a combination of linear and inverse seesaw mechanisms at two loop level. The model also has viable fermionic and scalar dark matter candidates.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 페르미온 질량의 계층적 구조가 최소 표준모형에서 설명되지 않는 바를 다루기 위해.
• 미세조정 없이 관측된 페르미온 질량 패턴을 자연스럽게 생성하는 재규격화 가능한 3-3-1 모델을 구축하기 위해.
• 선형 및 역세이프 기여를 포함하는 두 번째 루프 메커니즘을 통해 경량 활성 중성미오 질량을 실현하기 위해.
• 모델의 확장된 입자 스펙트럼 내에서 타당한 어두운 물질 후보—페르미온성 및 스칼라—를 식별하기 위해.

제안 방법

• 페르미온 질량과 중성미오 질량 생성을 매개하는 추가 힉스 필드를 포함한 확장된 스칼라 섹터를 도입하기 위해.
• 양자수를 제어하고 원치 않는 상호작용을 억제하기 위해 $Z_2 \times Z_4 \times U(1)_{L_g}$ 게이지 대칭을 구현하기 위해.
• 순차적 루프 억제를 사용하기 위해: 토프 및 이국적 페르미온은 나무 수준에서 질량을 얻고, 바텀, 찰드, 타우, 뮤온은 1차 루프에서, 가벼운 쿼크와 전자는 2차 루프에서 질량을 얻는다.
• 선형 및 역세이프 메커니즘을 모두 포함하는 두 번째 루프 도형을 통해 경량 활성 중성미오 질량을 실현하기 위해.
• 새로운 입자에 적절한 양자수를 할당하여 게이지 커플링 통합과 이상성 제거를 철저히 수행하기 위해.
• 이산 대칭과 질량 계층을 도입하여 안정적이고 약하게 상호작용하는 입자를 어두운 물질 후보로 식별하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 표준모형 페르미온 질량 계층은 재규격화 가능한 3-3-1 모델 내에서 어떻게 동적으로 생성될 수 있는가?
• RQ2 선형 및 역세이프 메커니즘을 조합한 두 번째 루프 메커니즘이 관측 결과와 일치하는 경량 활성 중성미오 질량을 생성할 수 있는가?
• RQ3 $Z_2 \times Z_4 \times U(1)_{L_g}$ 대칭은 모델의 안정성과 순차적 루프 억제를 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 모델 내에서 어떤 입자가 타당한 페르미온성 및 스칼라 어두운 물질 후보로 기능할 수 있는가?
• RQ5 모델은 게이지 커플링 통합과 이상성 제거와 일치하는가?

주요 결과

• 모델는 순차적 루프 억제 메커니즘을 실현한다: 토프 및 이국적 페르미온은 나무 수준에서 질량을 얻고, 바텀, 찰드, 타우, 뮤온 질량은 한 번째 루프에서, 가벼운 업, 다운, 스트랭지 쿼크와 전자 질량은 두 번째 루프에서 유도된다.
• 경량 활성 중성미오 질량은 선형 및 역세이프 메커니즘을 모두 포함하는 두 번째 루프 도형을 통해 생성되며, 중성미오 진동 데이터와 일치한다.
• 모델은 $Z_2$ 대칭에 의해 보호되는 안정적이고 약하게 상호작용하는 페르미온성 어두운 물질 후보를 포함한다.
• 스칼라 어두운 물질 후보가 식별되었으며, $Z_4$ 대칭에 의해 안정되고, 그 질량과 커플링이 천체물리적 제약과 일치한다.
• 모델은 재규격화 가능하고 이상성 없으며, 모든 게이지 및 중력 이상성이 적절한 양자수 할당을 통해 상쇄된다.
• 확장된 스칼라 섹터는 계층적인 페르미온 질량과 중성미오 질량 생성을 매개하는 데 필요한 힉스 필드를 제공한다.