[논문 리뷰] A realistic pattern of fermion masses from a five-dimensional SO(10) model

Ferruccio Feruglio, Ketan M. Patel외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 5차원 초대칭 SO(10) 대통합 모형을 제안하며, $S^1/(ℤ_2 \times ℤ_2')$ 오르비폭에서 암묵적인 요카다 상수를 가진다. 여기서 페르미온 질량 계층은 빌드 질량에 의해 기인한 지수적 파동 함수 프로파일에 의해 발생한다. 이 모형은 관측된 페르미온 질량과 혼합 각도를 성공적으로 재현하며, $m_1 < 0.01$ eV인 정상적인 중성미온 질량 순서를 예측하고, 열적 렙토제네시스에 부적합한 고도로 계층적인 오른쪽 수반 중성미온 스펙트럼을 선호한다.

ABSTRACT

We provide a unified description of fermion masses and mixing angles in the framework of a supersymmetric grand unified SO(10) model with anarchic Yukawa couplings of order unity. The space-time is five dimensional and the extra flat spatial dimension is compactified on the orbifold $S^1/(Z_2 \ imes Z_2')$, leading to Pati-Salam gauge symmetry on the boundary where Yukawa interactions are localised. The gauge symmetry breaking is completed by means of a rather economic scalar sector, avoiding the doublet-triplet splitting problem. The matter fields live in the bulk and their massless modes get exponential profiles, which naturally explain the mass hierarchy of the different fermion generations. Quarks and leptons properties are naturally reproduced by a mechanism, first proposed by Kitano and Li, that lifts the SO(10) degeneracy of bulk masses in terms of a single parameter. The model provides a realistic pattern of fermion masses and mixing angles for large values of $\ an\\beta$. It favours normally ordered neutrino mass spectrum with the lightest neutrino mass below 0.01 eV and no preference for leptonic CP violating phases. The right handed neutrino mass spectrum is very hierarchical and does not allow for thermal leptogenesis. We analyse several variants of the basic framework and find that the results concerning the fermion spectrum are remarkably stable.

연구 동기 및 목표

• 고차원 프레임워크를 사용하여 SO(10) 대통합 이론에서 페르미온 질량 계층과 풍미 구조를 다루기.
• 오르비폭 단순화를 통한 게이지 대칭 붕괴를 통해 이중트립렛-삼중트립렛 분리 문제를 해결하기.
• 단일 매개변수로 빌드 질량을 제어함으로써 관측된 쿼크와 렙톤의 질량 계층과 혼합 패턴을 자연스럽게 설명하기.
• 저에너지 페르미온 관측치, 특히 중성미온 질량과 혼합 각도를 재현하는 데 모형의 타당성을 시험하기.
• 렙토제네시스와 오른쪽 수반 중성미온 질량 스펙트럼에 대한 영향 평가하기.

제안 방법

• 고정 브레인에서 파티-살라姆 게이지 대칭으로 SO(10)를 붕괴시키기 위해 5차원 시공간을 오르비폭 $S^1/(\mathbb{Z}_2 \times \mathbb{Z}_2')$ 로 단순화하기.
• 요카다 상호작용을 브레인에 국소화하면서 물질 장은 빌드에서 전파되도록 하여 지수적 국소화된 0-모드 파동 함수를 유도하기.
• 물질 장에 빌드 질량을 도입하여 계층적인 파동 함수 프로파일을 생성하고, 단일 매개변수로 페르미온 질량 계층을 설명하기.
• 쿼크 및 렙톤 부문을 구분하기 위해 빌드 스칼라 다중층을 통한 자발적 SO(10) 붕괴를 통해 SU(5)×U(1)_X로의 붕괴를 구현하기.
• 킷노-리 메커니즘을 사용하여 빌드 질량의 디세레지어를 해소하고 실질적인 요카다 텍스처를 생성하기.
• 5D 칼루차-클라인 0-모드 방정식을 해결하여 카비보 각도 $\lambda$ 로 표현된 프로파일 행렬을 유도하고, 이를 관측된 페르미온 질량과 혼합에 대응시키기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 암묵적인 요카다 상수를 가진 5D SO(10) GUT가 관측된 페르미온 질량 계층과 혼합 각도를 재현할 수 있는가?
• RQ2 압축된 추가 차원에서 빌드 질량에 기인한 파동 함수 국소화는 어떻게 페르미온 질량의 계층적 구조를 설명하는가?
• RQ3 오르비폭 단순화가 게이지 대칭 붕괴와 이중트립렛-삼중트립렛 분리 문제 해결에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이 모형은 타당한 중성미온 질량 스펙트럼을 예측하는가? 그리고 렙토제네시스에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 모형의 매개변수와 구조의 변화에 대해 페르미온 질량 예측은 얼마나 안정한가?

주요 결과

• 큰 $\tan\beta$ 값에서 이 모형은 관측된 페르미온 질량 패턴과 혼합 각도를 성공적으로 재현한다.
• 중성미온 질량 스펙트럼은 빛의 중성미온 질량이 0.01 eV 이하인 정상적인 순서로 예측된다.
• 이 모형은 큰 렙톤적 CP 위반 단계를 선호하지 않으며, 현재의 실험 제약 조건과 일치한다.
• 오른쪽 수반 중성미온 질량 스펙트럼은 매우 계층적이며, 충분한 재가열 온도가 부족하여 열적 렙토제네시스에 불리하다.
• 쿼크와 렙톤의 요카다 행렬은 특정한 복소 위상과 계층적인 구조를 가지며, 카비보 각도 전개와 일치한다.
• 다양한 모형 변형에 걸쳐 결과가 놀랄 정도로 안정적이며, 이는 페르미온 스펙트럼 예측의 강건성을 시사한다.