[논문 리뷰] Combining Pati-Salam and Flavour Symmetries

Thorsten Feldmann, Florian Hartmann외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 02.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 35인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 가환 맛 대칭을 포함한 패티-살람 대Unified 이론(GUT)을 제안하며, 무거운 페르미온 쌍체와 플라보노 필드가 고차원 연산을 통해 맛 대칭의 자발적 비대칭을 유도한다. 모형은 단일 및 삼중항 플라보노 필드의 기대값을 통해 쿼크와 렙톤의 현실적인 요카다 매트릭스를 생성하며, 제3세대 맛 및 전자기력 정밀 측정 관측치에서 관측 가능한 편차를 초래하지만, 가벼운 맛 물리학의 제약 조건을 만족시킨다.

ABSTRACT

We construct an extension of the Standard Model (SM) which is based on grand unification with Pati-Salam symmetry. The setup is supplemented with the idea of spontaneous flavour symmetry breaking which is mediated through flavon fields with renormalizable couplings to new heavy fermions. While we argue that the new gauge bosons in this approach can be sufficiently heavy to be irrelevant at low energies, the fermionic partners of the SM quarks, in particular those for the third generation, can be relatively light and provide new sources of flavour violation. The size of the effects is constrained by the observed values of the SM Yukawa matrices, but in a way that is different from the standard minimal-flavour violation approach. We determine characteristic deviations from the SM that could eventually be observed in future precision measurements.

연구 동기 및 목표

• 플라보노 필드를 통한 자발적 맛 대칭 비대칭을 포함하는 재규격화 가능한 패티-살람 GUT 모형을 구축하기.
• 최소 맛 위반 가정에 의존하지 않고 표준모형 요카다 매트릭스의 계층적 구조를 설명하기.
• 특히 제3세대 쿼크를 포함한 전자기력 및 맛 관측치에서 표준모형과의 측정 가능한 편차를 규명하기.
• K-클로징 및 희귀 케이온 붕괴로부터 유도되는 맛 제약 조건과의 일관성을 확보하기.
• 추가적인 플라보노 구조를 통해 실제 전하 렙톤 및 중성미온 질량을 포함시키기 위한 프레임워크 확장하기.

제안 방법

• 모든 표준모형 쿼크 세대에 대해 패티-살람 게이지 군과 맛 대칭에 따라 변환되는 무거운 벡터-형 리만-페르미온 쌍체를 도입하기.
• 두 개의 SU(2) 요소를 연결하는 Z₂ 대칭을 도입하여 모형 내에서 좌우 대칭성을 보장하기.
• SU(2) × SU(2)' 요소에서 단일 및 삼중항으로 변환되는 행렬형 플라보노 필드를 도입하여 맛 대칭을 깨뜨리기.
• 플라보노 필드의 기대값을 사용하여 효과적 요카다 상호작용을 유도하기: $Y_{u,d} \sim \text{플라보노 기대값의 역수}$, 단, $Y_u \neq Y_d$ 는 서로 다른 플라보노 기여로 인해 발생함.
• 기저 변환의 연속을 적용하여 페르미온 질량 매트릭스를 대각화하고, 효과적 $\mathcal{K}$-매트릭스를 게이지 전류에 도출하기.
• 게이지 상호작용의 근사 질량 기저 표현식을 도출하며, $\mathcal{O}(\epsilon^3)$ 보정 항까지 포함하여 맛 위반 효과를 계산하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 패티-살람 GUT에 가환 맛 대칭을 확장하여 현실적인 요카다 텍스처를 생성할 수 있는가?
• RQ2 특히 단일 및 삼중항 표현을 가진 플라보노 기대값은 상-하중량 쿼크 요카다 매트릭스를 어떻게 구분하는가?
• RQ3 모형은 제1 및 제2세대 맛 관측치에서의 제약 조건을 만족하면서도 제3세대에서 관측 가능한 맛 위반 효과를 생성할 수 있는가?
• RQ4 무거운 페르미온 쌍체의 게이지 상호작용은 근사 질량 기저에서 $W$ 및 $Z$ 보손의 $\mathcal{K}$-매트릭스에 어떻게 영향을 주는가?
• RQ5 추가적인 플라보노 필드를 통해 적절한 양자수를 가진 측정을 통해 실제 전하 렙톤 및 중성미온 질량을 포함시킬 수 있는가?

주요 결과

• SU(2) 단일 및 삼중항 플라보노의 별개의 기대값을 통해 $Y_u \neq Y_d$ 를 생성함으로써 현실적인 쿼크 질량과 혼합 각도를 가능하게 함.
• 톱 쿼크 쌍체 $t'$ 는 상대적으로 가벼운 질량을 가지며, 표준모형 토프 쿼크와의 강한 혼합을 보이므로 LHC에서 관측 가능할 수 있음.
• 맛 위반 효과는 제3세대에서 크게 증폭되어 전자기력 정밀 관측치에서 측정 가능한 편차를 유도함.
• 맛 대칭 깨짐의 구조 덕분에 $K$-$\overline{K}$ 혼합 및 희귀 케이온 붕괴로부터의 간접 제약 조건이 자연스럽게 만족됨.
• 근사 질량 기저에서 $W$ 및 $Z$ 보손의 효과적 $\mathcal{K}$-매트릭스에는 $\mathcal{O}(\epsilon^3)$ 보정 항이 포함되어 있으며, 이는 주로 맛 위반 기여를 포함함.
• 추가적인 플라보노 필드와 적절한 양자수를 통해 전하 렙톤 및 중성미온 질량을 체계적으로 포함시킬 수 있는 프레임워크 확장이 가능함.