[논문 리뷰] Impact of Unparticles on Asymptotic Freedom and Unification of Gauge Couplings

Yi Liao|arXiv (Cornell University)|2007. 08. 24.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 54인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 가상의 스케일 불변 섹터인 언파article가 양자장이론에서 게이지 커플링의 러닝에 어떻게 영향을 주는지 조사한다. 스케일 차원 d를 가진 스칼라 언파article는 표준 스칼라에 비해 (2−d) 배수의 기여를 게이지 커플링의 베타 함수에 기여함을 보여주며, 이는 d>2인 언파article가 점점 더 자유로워지는 성향을 강화하고 통합 스케일을 이동시킴을 의미한다. 예를 들어, 대칭 표현에서 d≈2.5인 3개의 언파article는 표준모형 커플링을 약 8×10¹² GeV에서 통합시키며, 이는 초대칭 스케일보다 훨씬 낮은 수준이다.

ABSTRACT

Unparticles charged under a gauge group can contribute to the running of the gauge coupling. We show that a scalar unparticle of scaling dimension d contributes to the \beta function a term that is (2-d) times that from a scalar particle in the same representation. This result has important implications on asymptotic freedom and unification of gauge couplings. An unparticle with d>2, in contrast to its matter counterpart, can speed up the approach to asymptotic freedom for a non-Abelian gauge theory and has the tendency to make an Abelian theory also asymptotically free. For not spoiling the excellent agreement of the standard model (SM) with precision tests, the infrared cut-off of such an unparticle would be high but might still be reachable at colliders such as LHC and ILC. Furthermore, it can significantly modify the unification pattern of the SM gauge couplings. For instance, with 3 scalar unparticles of d\sim 2.5 in the adjoint representation of the strong gauge group but neutral under the electroweak one, the three gauge couplings would unify at a scale of \sim 8 imes 10^{12} GeV, which is several orders of magnitude below the supersymmetric unification scale.

연구 동기 및 목표

• 비아벨 및 아벨 게이지 이론에서 언파article가 게이지 커플링의 러닝에 끼치는 영향을 탐색한다.
• 언파article 기여가 점점 더 자유로워지는 성향과 게이지 커플링 통합에 어떻게 영향을 주는지 규명한다.
• 언파article가 통합 스케일을 수정하면서도 표준모형 정밀도 시험을 유지할 수 있는지 평가한다.
• 높은 적외선 절단값을 가진 언파article의 충돌기 가능성(예: LHC 또는 ILC에서 탐지 가능 여부)을 평가한다.

제안 방법

• 스케일 차원 d를 가진 스칼라 언파article가 게이지 커플링의 베타 함수에 기여하는 것을 유도한다.
• 동일한 표현에서 표준 스칼라 입자와의 기여를 비교하여 (2−d) 요인의 차이를 보여준다.
• 언파article 기여를 포함한 경우 게이지 커플링의 수정된 러닝을 분석한다.
• 언파article가 SU(3)C의 고유 표현에 있지만 SU(2)L×U(1)Y에 대해 단일 상태일 경우, 표준모형 게이지 커플링의 통합 스케일을 계산한다.
• 재규격화군 방정식을 사용하여 저에너지에서 고에너지로 커플링을 진화시키며 언파article 효과를 포함한다.
• 정밀 전자약 시험과 충돌기 탐지 능력의 일관성을 요구하여 현상학적 타당성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스케일 차원 d를 가진 스칼라 언파article는 동일한 표현에서 표준 스칼라 입자와 비교해 게이지 커플링의 베타 함수에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 d>2인 언파article는 비아벨 및 아벨 게이지 이론에서 점점 더 자유로워지는 성향을 유도하거나 강화시킬 수 있는가?
• RQ3 언파article는 표준모형 게이지 커플링의 통합 스케일에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 언파article는 통합 스케일을 낮추면서도 정밀 전자약 측정 결과와 일치를 유지할 수 있는가?
• RQ5 높은 적외선 절단값을 가진 언파article의 충돌기 탐지 범위는 어떠한가?

주요 결과

• 스케일 차원 d를 가진 스칼라 언파article는 동일한 표현에서 표준 스칼라에 비해 (2−d) 배수의 기여를 게이지 커플링의 베타 함수에 기여한다.
• d>2인 언파article는 점점 더 자유로워지는 성향을 강화하여 비아벨 이론이 더 빨리 자유로워지게 하고, 아예 아벨 이론도 점점 더 자유로워지게 만들 수 있다.
• d>2인 언파article는 초대칭 스케일에 비해 표준모형 게이지 커플링의 통합 스케일을 크게 낮출 수 있다.
• SU(3)C의 고유 표현에 있지만 전자약 그룹에 대해 중성인 스칼라 언파article 3개가 d≈2.5일 경우, 세 개의 표준모형 게이지 커플링은 약 8×10¹² GeV에서 통합된다.
• 정밀도 시험과의 일치를 유지하기 위해 이러한 언파article의 적외선 절단값은 높아야 하지만, 여전히 LHC나 ILC와 같은 충돌기에서 탐지 가능할 수 있다.