[논문 리뷰] Fermion Mass Hierarchy in the Nu MSGUT I : The Real Core

Charanjit S. Aulakh|arXiv (Cornell University)|2006. 02. 15.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 14인용 수 17

한 줄 요약

이 논문은 SO(10) 초대칭 GUT 시나리오를 제안하며, 10-와 120-플렛 힉스 다중구조가 쿼크 및 렙톤의 질량 계층을 지배하고, 126-플렛의 작은 결합이 타입 I 시즈모 메커니즘을 강화하여 타당한 중성미온 질량을 생성한다. 이 모형은 렙톤 부문에서 근사 최대의 PMNS 혼합을 예측하고, GUT 스케일에서 b−τ = s−μ 통합 조건이 강력하게 유지되며, 오른쪽 수반 중성미온 질량이 10¹² GeV 이하로 제약을 받는다.

ABSTRACT

The recent failure of the scenario which uses only $\mathbf{10,\oot}$ Higgs multiplets to yield large enough neutrino masses in the $\mathbf{SO(10) }$ extbf{MSGUT} motivates an alternative scenario\cite{blmdoom} where the $\mathbf{120}$ -plet collaborates with the $ \mathbf{10}$ -plet to fit the dominant charged fermion masses. The small $\mathbf{\oot} $ -plet couplings give appreciable contributions only to light charged fermion masses { extit{and}} enhance the Type I seesaw masses to viable values. We analyze the 2-3 generation core of the complete hierarchical fermion mass system in the CP conserving approximation. \emph{Ansatz} consistency \emph{requires} ${\mathbf{m_b-m_s = m_τ-m_μ}} $ at the GUT scale $M_X$ and predicts near maximal (PMNS) mixing in the leptonic sector for central values of charged fermion parameters and for wide ranges of the other relevant parameters : righthanded neutrino masses and relative strength of contributions of the two doublet pairs from the $\mathbf{120}$-plet to the effective MSSM Higgs pair. These features are preserved in the CP preserving 3 generation system whose results are previewed : an additional consistency requirement $\mathbf{θ_{13}^c =θ_{12}^c θ_{23}^c }$ on the CKM angles at $M_X$ arises for 3 generations. Right handed neutrino masses in such scenarios are all less than about $10^{12} GeV$.

연구 동기 및 목표

• SO(10) MSGUT 프레임워크 내에서 표준 10-126 힉스 시나리오가 충분히 큰 중성미온 질량을 생성하지 못하는 데서 기인하는 실패를 해결하기 위해.
• 120-플렛이 주로 쿼크 및 렙톤의 주요 질량을 맞추는 데 기여하고, 126-플렛이 약하게 작용하여 타입 I 시즈모 기여를 강화하는 새로운 역할 분배를 제안하기 위해.
• 예측 가능한 질량 차이 및 혼합 각도 제약 조건을 갖춘 일관된 CP를 보존하는 2-3 세대 쿼크 및 렙톤 질량 계층을 달성하기 위해.
• 임의의 위상이나 텍스처 없이도 최대 대기 중성미온 혼합을 유지하면서, 현상학적으로 타당하고 강력한 프레임워크를 도출하기 위해.
• 작은 126-플렛 결합을 통해 오른쪽 수반 중성미온 질량이 10¹² GeV 이하로 제약을 받도록 하여 렙톤 생성 메커니즘과도 호환되도록 하기 위해.

제안 방법

• SO(10) MSGUT에서 2-3 세대의 핵심 질량 계층을 분석하기 위해 CP를 보존하는 근사를 채택한다.
• 작은 Wolfenstein 매개변수 ε의 페르미 편항 전개를 사용하여, θ²³ᶜ를 일반적인 작은 매개변수로 간주하고 질량 계층을 조직화한다.
• 질량 행렬의 일관성에서 유도된 m_b(M_X) − m_s(M_X) = m_τ(M_X) − m_μ(M_X)의 가정을 도입한다.
• 10-와 120-플렛 기여가 효과적인 MSSM 힉스 쌍에 미치는 영향과 시즈모 메커니즘에 미치는 영향을 분석한다.
• ε에 대한 체계적 전개를 적용하여 O(ε³) 수준의 제약 조건을 도출하며, θ₁₃ᶜ = θ₁₂ᶜθ₂₃ᶜ의 관계를 포함한다.
• Pati-Salam 하위군 분해 (SU(4)×SU(2)_L×SU(2)_R)를 사용하여 힉스 제로 모드 결합 및 GUT 대칭의 붕괴를 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SO(10) MSGUT의 10-120-126 힉스 부문이 관측된 쿼크 및 렙톤 질량 계층을 설명하면서 타당한 중성미온 질량을 생성할 수 있는가?
• RQ2 일관된 가정 하에 GUT 스케일에서 질량 차이 m_b − m_s 와 m_τ − m_μ 에 어떤 제약 조건이 적용되는가?
• RQ3 126-플렛이 16-플렛에 미치는 작은 결합은 타입 I 시즈모 메커니즘과 오른쪽 수반 중성미온 질량 척도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 이 프레임워크 내에서 렙톤 부문에서 근사 최대의 PMNS 혼합은 어떤 기원을 갖는가?
• RQ5 작은 매개변수 ε (Wolfenstein 매개변수)에 대한 체계적 페르미 편항 전개가 고차항에서 CKM 각도 간의 예측 가능한 관계를 도출할 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 정밀한 질량 차이 통합을 예측한다: m_b(M_X) − m_s(M_X) = m_τ(M_X) − m_μ(M_X), 이는 가정과 질량 행렬의 일관성에서 직접 유도된다.
• 중앙값의 쿼크 및 렙톤 매개변수와 다른 매개변수의 넓은 범위(오른쪽 수반 중성미온 질량 포함)에서도 근사 최대의 PMNS 혼합이 자연스럽고 강력하게 나타난다.
• 작은 126-플렛 결합으로 인해 오른쪽 수반 중성미온 질량이 약 10¹² GeV 이하로 상한선이 제약을 받는다.
• 페르미 편항 전개의 O(ε³) 수준에서 새로운 제약 조건이 유도된다: θ₁₃ᶜ = θ₁₂ᶜθ₂₃ᶜ, 이는 관측된 주요 순서의 값과 호환되며, 향후 3세대 분석에서 CP 위반을 포함하도록 정밀화될 수 있다.
• 120-플렛은 탑 및 바텀 쿼크 질량의 주요 기여를 담당하지만, 126-플렛은 약하게 작용하지만 효과적으로 타입 I 시즈모 기여를 강화한다.
• 이 프레임워크는 완전히 CP를 보존하는 3세대 체계와 호환되며, 2세대 해가 강력한 핵심을 형성하고, 임의의 위상이나 텍스처를 피한다.