[논문 리뷰] Electroweak and Majorana Sector Higgs Bosons and Pseudo-Nambu-Goldstone Bosons

Wei Lu|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 48인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 클리포드 대수 기반 모델을 제안하여 중력과 양밀스 게이지 상호작용을 통합한다. 두 개의 보존 섹터를 도입한다: 힉스 메커니즘을 통해 페르미온 질량을 생성하는 전자약 섹터와, 풍미 혼합과 오른쪽 수성 중성자 질량을 담당하는 메이저라 섹터. LHC에서 관측된 750 GeV 이중 광자 공명은 오른쪽 수성 렙톤과 쿼크의 4-페르미온 응집체를 포함하는 풍미 관련 전역 U(1) 대칭의 자동으로 깨지는 것으로부터 기인한 가짜 나무-골드스톤 보손일 수 있으며, 이는 트리 수준에서 이중 광자 붕괴가 억제되나, 루프 과정을 통해 유도된다.

ABSTRACT

We propose a Clifford algebra based model, which treats both gravity and Yang-Mills interactions as gauge fields. There are two sectors of boson fields as electroweak and Majorana bosons. The electroweak boson sector induces fermion masses via spontaneous symmetry breaking. It is composed of scalar Higgs, pseudoscalar Higgs, and antisymmetric tensor components. The Majorana boson sector contributes to flavor mixing and Majorana masses of right-handed neutrinos. It is comprised of neutrino Higgs and pseudo-Nambu-Goldstone bosons. The LHC 750 GeV diphoton resonance might possibly be identified as a Majorana sector pseudo-Nambu-Goldstone boson, which results from spontaneous symmetry breaking of a flavor-related global U(1) symmetry involving four-fermion condensation of right-handed leptons and quarks. The diphoton decay is loop induced, since tree-level decay is suppressed by large Majorana mass of the right-handed neutrino. There is also a potential dark matter candidate, which is the four-lepton condensation of muon, muon-neutrino, tau, and tau-neutrino.

연구 동기 및 목표

• 클리포드 대수 $C\!\ell_{0,6} \oplus C\!\ell_{T1}$ 기반의 통합 게이지 장 이론을 개발하여 중력과 양밀스 상호작용을 통합한다.
• 전자약 섹터와 메이저라 섹터라는 두 개의 별개의 보존 섹터를 통해 페르미온 질량 생성과 풍미 혼합을 설명한다.
• LHC에서 관측된 750 GeV 이중 광자 공명을 풍미 관련 전역 U(1) 대칭의 자발적 대칭 깨짐에서 기인한 가짜 나무-골드스톤 보손(pseudo-Nambu-Goldstone boson)으로 해석한다.
• 특히 뮤온과 타우 렙톤을 포함한 오른쪽 수성 페르미온의 4-페르미온 응집체를 통해 복합 어두운 물질 후보를 규명한다.
• 동적 대칭 깨짐과 복합 상태의 역할을 통해 메이저라 질량과 표준모형을 초월한 새로운 공명 상태를 생성하는 데 대해 탐구한다.

제안 방법

• 6차원 시공간적 벡터와 트리바리어티를 사용하여 시공간과 내부 대칭을 정의하는 클리포드 대수 프레임워크를 사용하며, $SO(1,3)_{LOR} \otimes SU(2)_{WL} \otimes U(1)_{WR} \otimes U(1)_{B-L} \otimes SU(3)_{C}$ 게이지 대칭을 통합한다.
• 페르미온은 $C\!\ell_{0,6}$ 내 스핀론의 등급 프로젝션으로 기술되며, 편극성은 $P_\pm = \frac{1}{2}(1 \pm \Gamma_0\Gamma_3)$ 연산자를 통해 정의된다.
• 전자약 섹터는 스칼라, 편미분 스칼라, 반대칭 텐서 힉스 장을 포함하며, 진공 기대값(VEVs)을 통해 대칭을 깨고 페르미온 질량을 생성한다.
• 메이저라 섹터는 중성자 힉스 장과 가짜 나무-골드스톤 보손(pNGBs)을 포함하며, 오른쪽 수성 페르미온의 4-페르미온 응집체를 포함하는 전역 U(1) 대칭의 자발적 대칭 깨짐에서 기인한다.
• pNGB의 이중 광자 붕괴는 오른쪽 수성 중성자에 큰 메이저라 질량이 억제함으로써 루프 유도되며, LHC 공명 데이터와 일치한다.
• 어둠의 물질 후보는 안정적이고 게이지 싱เก트인 4-페르미온 응집체로, 예를 들어 $\bar{\nu}_{\mu R}\tau_R\bar{\nu}_{\tau R}\mu_R$ 등이며, 약한 상호작용을 하며 안정하다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LHC에서 관측된 750 GeV 이중 광자 공명은 풍미 관련 전역 U(1) 대칭의 자발적 대칭 깨짐에서 기인한 가짜 나무-골드스톤 보손으로 해석될 수 있는가?
• RQ2 오른쪽 수성 렙톤과 쿼크의 4-페르미온 응집체는 어떻게 복합 상태를 생성하여 이중 광자 공명을 설명할 수 있는가?
• RQ3 메이저라 보손 섹터는 오른쪽 수성 중성자에 대한 풍미 혼합과 메이저라 질량을 생성하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 클리포드 대수 구조 $C\!\ell_{0,6} \oplus C\!\ell_{T1}$는 어떻게 중력과 게이지 상호작용을 통합하면서 왼쪽-오른쪽 편극성 페르미온의 구조를 유지하는가?
• RQ5 이 모델 내에서 가능한 어둠의 물질 후보는 무엇이며, 어떻게 오른쪽 수성 페르미온의 4-페르미온 응집체에서 기인하는가?

주요 결과

• LHC에서 관측된 750 GeV 이중 광자 공명은 오른쪽 수성 렙톤과 쿼크의 4-페르미온 응집체를 포함하는 풍미 관련 전역 U(1) 대칭의 자발적 대칭 깨짐에서 기인한 가짜 나무-골드스톤 보손으로 제안된다.
• 이 공명의 이중 광자 붕괴는 오른쪽 수성 중성자에 큰 메이저라 질량으로 인해 억제되어 루프 유도되며, 좁은 너비와 높은 이중 광자 비율을 설명한다.
• 메이저라 보손 섹터(중성자 힉스 장과 pNGB 포함)는 풍미 혼합을 유도하고, 자발적 대칭 깨짐을 통해 오른쪽 수성 중성자에 메이저라 질량을 생성하는 메커니즘을 제공한다.
• 이 모델은 안정적이고 게이지 싱เก트인 4-페르미온 응집체—예를 들어 $\bar{\nu}_{\mu R}\tau_R\bar{\nu}_{\tau R}\mu_R$—를 어둠의 물질 후보로 규명하며, 직접적인 게이지 상호작용이 없기 때문이다.
• 전자약 섹터는 스칼라 및 편미분 스칼라 힉스 성분을 포함하며, 자발적 대칭 깨짐을 통해 표준모형의 힉스 메커니즘과 일치하는 방식으로 페르미온 질량을 유도한다.
• 이 모델의 클리포드 대수 기반은 왼쪽-오른쪽 국소 로렌츠 대칭을 지원하며, 표준모형을 초월한 왼쪽-오른쪽 대칭적인 중력 및 게이지 구조의 잠재적 가능성 제시한다.