[논문 리뷰] Fermion masses and proton decay in string-inspired SU(4)*SU(2)^2*U(1)_X

T. Dent, G.K. Leontaris외 1명|arXiv (Cornell University)|2004. 07. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 30인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 비에르미트성 SU(4)×SU(2)²×U(1)ₓ 모델을 제안하며, 비재규격화 연산자와 U(1)ₓ 전하를 통해 계층적인 페르미온 질량과 큰 중성미오 혼합을 설명하고, 이상치 보정을 통한 양성자 붕괴를 자동으로 억제한다. 이 모델은 비에르미트성 SU(4)×SU(2)²×U(1)ₓ 모델을 통해 계층적인 가벼운 중성미오 스펙트럼을 달성하고, 분수형 U(1)ₓ 전하를 통해 B-위반 차원-4 및 -5 연산자를 억제한다.

ABSTRACT

We present a supersymmetric model of fermion masses with SU(4)*SU(2)^2*U(1)_X gauge group with matter in fundamental and antisymmetric tensor representations only. The up, down, charged lepton and neutrino Yukawa matrices are distinguished by different Clebsch-Gordan coefficients due to contracting over SU(4) and SU(2)_R indices. We obtain a hierarchical light neutrino mass spectrum with bi-large mixing. The condition that anomalies be cancelled by a Green-Schwarz mechanism leads to fractional U(1)_X charges which exclude $B$ violation through dimension-4 and -5 operators.

연구 동기 및 목표

• 관측된 페르미온 질량과 혼합을 설명하는 SU(4)×SU(2)²×U(1)ₓ 대칭군을 갖는 스트링 유도 대Unified 이론을 구축하기.
• 통합 모델에서 큰 대기 및 태양 중성미오 혼합 각도가 야기하는 과제를 다루기.
• 그린-샤르슈 메커니즘을 통한 이상치 보정을 통해 양성자 붕괴를 비차원-4 및 -5 수준에서 금지함으로써 B-수준 위반을 억제하기.
• 우측 수반 중성미오의 계층적인 질량을 통해 가벼운 중성미오 질량에 대해 세이프 메커니즘을 실현하기.
• 게이지 커플링 통합과 최소한의 장 표현을 유지하면서 큰 힉스 표현이나 디블릿-트리플릿 분리 문제를 피하는 프레임워크 제공하기.

제안 방법

• SU(4)와 SU(2)R의 기본 표현 및 반대칭 텐서 표현을 사용하며, 페르미온 질량은 스트링 규모 MS로 억제되는 비재규격화 초위상 연산자에 의해 생성된다.
• SU(4)와 SU(2)R 인덱스 수축에서 유도된 별개의 클렙슈-고르단 계수로 인해, 업 타입 쿼크, 다운 타입 쿼크, 전하 렙톤, 중성미오 간 양자수 상수의 차이가 발생한다.
• 우측 수반 중성미오가 U(1)ₓ 전하를 지닌 단일 상태 φ와 힉스 필드 H를 포함하는 비재규격화 상호작용을 통해 마요라나 질량을 얻으며, 이는 세이프 메커니즘을 이끈다.
• 그린-샤르슈 이상치 보정을 통한 U(1)ₓ 전하의 고정은 분수형 값으로 설정되며, 이는 유해한 B- 및 L-위반 연산자를 억제한다.
• 효과 이론의 단순화와 고차 항 보정의 억제를 위해, 단일 H- H̄ 쌍과 최소한의 U(1)ₓ 전하를 지닌 단일 상태 φ를 가정한다.
• 세이프 메커니즘은 가벼운 우측 수반 중성미오 질량 스펙트럼(가장 가벼운 것 약 10¹¹ GeV)을 통해 실현되며, 이는 계층적인 디르크 질량 행렬과 상쇄되어 큰 중성미오 혼합을 생성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스트링 유도 SU(4)×SU(2)²×U(1)ₓ 모델이 관측된 계층적 페르미온 질량과 큰 중성미오 혼합 각도를 재현할 수 있는가?
• RQ2 U(1)ₓ 게이지 대칭과 그린-샤르슈 이상치 보정이 결합되어 비차원-4 및 -5 수준에서 양성자 붕괴를 어떻게 억제하는가?
• RQ3 이 모델에서 세이프 메커니즘의 기원은 무엇이며, 오른쪽 수반 중성미오 질량의 계층성은 어떻게 이중-큰 중성미오 혼합을 이끌어내는가?
• RQ4 이 모델이 게이지 커플링 통합을 달성하고, 큰 힉스 표현이나 디블릿-트리플릿 분리 문제를 피할 수 있는가?
• RQ5 U(1)ₓ 전하 할당은 R-포지티비티 위반 연산자와 MSSM μ-항에 어떤 제약을 끼치는가?

주요 결과

• 이 모델은 관측된 중성미오 진동 데이터와 일치하는 계층적인 가벼운 중성미오 질량 스펙트럼을 달성하며, 가장 가벼운 상태의 질량은 가장 무거운 것의 약 0.03 배이다.
• 중성미오 혼합 각도 θ₁₃은 약 √η/2 ≈ 0.12로 예측되며, 여기서 η ≈ 0.04는 U(1)ₓ 전하 계층성에서 유도된 억제 요소이다.
• 가장 가벼운 오른쪽 수반 중성미오 질량은 약 몇 배의 10¹¹ GeV로 추정되며, 가장 무거운 것은 파티-살람 대칭 붕괴 스케일보다 약간 아래에 위치한다.
• 모든 비차원-4 및 비차원-5 양성자 붕괴 연산자는 분수형 U(1)ₓ 전하로 인해 금지되며, 이는 필요한 게이지 불변 조합의 형성을 방지한다.
• MSSM μ-항은 약 η³/⁴ 정도로만 억제되므로, 이 모델에서는 μ-문제가 여전히 해결되지 않았다.
• 이 모델은 게이지 커플링 통합과 일치하며, 디블릿-트리플릿 분리 문제를 피하고, 기본 및 반대칭 텐서 물질 표현만을 요구한다.