[논문 리뷰] CP phase from twisted Higgs VEV in extra dimension

Yukihiro Fujimoto, Kenji Nishiwaki외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 01. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 68인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 5차원 시공간에서 S1로 단순화된 공간에서 힉스 두중자에 대한 비틀린 경계 조건을 통해 CP 위상 생성 메커니즘을 제안하며, 이로 인해 좌표에 따라 변하는 진공 기대값과 내재된 CP-홀드 위상이 발생한다. 이 모형은 각 가족당 하나의 5차원 쿼크 세대만을 사용하여 쿼크의 풍미 구조, 질량 계층, 그리고 CKM 행렬의 CP 위반을 자연스럽게 설명한다. 여기서 CP 위상은 요크하이 페어링 상수에 의해가 아니라 추가 차원의 기하학적 성질에 기인한다.

ABSTRACT

We propose a new mechanism to generate a CP phase originating from a non-trivial Higgs vacuum expectation value in an extra dimension. A twisted boundary condition for the Higgs doublet can produce an extra dimensional coordinate-dependent vacuum expectation value containing a CP phase degree of freedom. With this mechanism, we construct a phenomenological model on S1 which can naturally explain the origins of the fermion generations, the quark mass hierarchy and the structure of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix with the CP phase. It is noted that the model contains only a single generation for each five-dimensional quark and hence the five-dimensional Yukawa couplings cannot be the origin of the CP phase. The three quark generations can arise in four-dimensions by introducing point interactions on the extra dimension. Our situation is phenomenologically-desirable since all the flavor structures are realized with good precision and almost all dimensionless parameters take values of natural O(10) magnitudes.

연구 동기 및 목표

• 표준모형에서 요크하이 페어링 상수에 의존하지 않고 CP 위상의 기하학적 기원을 제공하는 것.
• 3개의 쿼크 세대, 페르미온 질량 계층, 그리고 CKM 행렬의 구조 기원을 고차원 이론 프레임워크 내에서 설명하는 것.
• 모든 풍미 구조가 정밀도와 자연스러운 O(1) 무차원 매개변수로 유도되는 현상학적으로 타당한 모형을 구축하는 것.

제안 방법

• 압축된 추가 차원 S1에서 힉스 두중자에 대한 비틀린 경계 조건을 도입한다.
• 가족당 하나의 5차원 쿼크 세대를 사용하는 S1 위의 5차원 효과 이론을 구성하며, 직접적인 CP 위상 생성을 위한 요크하이 페어링 상수를 피한다.
• 추가 차원 상의 국소화된 점 상호작용을 구현하여 3개의 4차원 쿼크 세대를 생성한다.
• 5차원 이론에서 Higgs VEV에 CP-홀드 위상이 포함된 4차원 효과 이론 요크하이 페어링 상수와 CKM 행렬을 유도한다.
• 모델의 모든 무차원 매개변수들이 자연스러운 O(1) 크기임을 확보하며, 현상학적 제약 조건과 일치시킨다.
• 비틀린 경계 조건을 통해 추가 차원 기하학적 성질에 의해 CP 위상만이 기인함을 입증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고차원 모형에서 CP 위상이 순수하게 기하학적 경계 조건으로 유도될 수 있는가?
• RQ2 가족당 하나의 5차원 쿼크 세대만을 사용하는 5차원 이론에서 쿼크 질량 계층과 풍미 혼합이 어떻게 자연스럽게 설명될 수 있는가?
• RQ3 추가 차원 상의 점 상호작용이 3개의 4차원 쿼크 세대 생성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 이 모형에서 CP 위상은 왜 5차원 요크하이 페어링 상수에 의해 기인되지 않고, 어떻게 유도되는가?
• RQ5 모델이 정밀한 풍미 구조를 달성하면서도 모든 무차원 매개변수가 O(1) 수준이 되도록 정밀도를 유지할 수 있는가?

주요 결과

• CP 위상은 추가 차원에서 비틀린 경계 조건에 의해 유도된 좌표에 따라 변하는 힉스 진공 기대값에서 기인한다.
• 이 모형은 가족당 하나의 5차원 쿼크 세대만을 사용하여 관측된 쿼크 질량 계층과 CKM 행렬의 구조를 높은 정밀도로 실현한다.
• 3개의 4차원 쿼크 세대가 5차원 요크하이 페어링 상수 대신 추가 차원 상의 국소화된 점 상호작용에서 기인한다.
• 모델의 모든 무차원 매개변수는 자연스러운 O(1) 크기이며, 정밀도 조정이 필요로 하지 않는다.
• CP 위상은 기하학적으로 기인하며 요크하이 페어링 상호작용과는 무관하여, 풍미 물리학에서 CP 위반의 새로운 메커니즘을 제공한다.
• 이 모형은 5차원 압축된 시공간에서 풍미와 CP 구조를 일관되고 현상학적으로 타당한 프레임워크로 제공한다.