[논문 리뷰] Masses by gauge flavor dynamics

P. Beneš, Jiří Hošek외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 01. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 전기약력 대칭 붕괴를 유도하고 페르미온 질량을 생성하기 위해 자동으로 붕괴되는 점근 자유인 SU(3)₆ 게이지 대칭을 기반으로 한 게이지-풍미 동역학 모델을 제안한다. 유일한 자유 매개변수인 풍미 커플링을 통해 모델은 페르미온 질량 비율, 비활성 중성자, 그리고 가짜-남부-골드스톤 보손을 유일하게 예측하며, 이들은 모두 타당한 암흑물질 후보이다.

ABSTRACT

We gauge the experimentally observed flavor (family) index of chiral lepton and quark fields and argue that the resulting non-vectorial SU(3)_F dynamics completely self-breaks. This breakdown generates fermion masses, which in turn trigger electroweak symmetry breaking (EWSB). Suggested asymptotically free dynamics with an assumed non-perturbative infrared fixed point has just one free parameter and is therefore either right or plainly wrong. Weak point of field theories strongly coupled in the infrared, unfortunately, is that there is no reliable way of computing their spectrum. Because of its rigidity the model provides, however, rather firm theoretically safe experimental predictions without knowing the spectrum: First, anomaly freedom fixes the neutrino sector which contains almost sterile neutrino states. Second, global symmetries of the model, spontaneously broken by fermion masses imply the existence of a fixed pattern of (pseudo-)axions and (pseudo-)majorons. It is gratifying that the predicted both sterile neutrinos and the pseudo-Nambu--Goldstone bosons are the viable candidates for dark matter.

연구 동기 및 목표

• 게이지된 풍미 대칭에 뿌리를 둔 동역학적 메커니즘을 통해 페르미온 질량 생성과 전기약력 대칭 붕괴를 설명하기 위해.
• 전자약력 스케일을 상대적 고정점 근처의 임계 스케일링과 톰 쿼크 질량에서 유도하여 위계 문제를 해결하기 위해.
• 최소한의 새로운 물리학을 가진 강하게 결합된 비아벨리언 게이지 이론에서 이상치 제거와 점근 자유성을 확보하기 위해.
• 자기 대칭 붕괴를 통해 예측된 타당한 암흑물질 후보인 비활성 중성자와 가짜-아이온을 제공하기 위해.

제안 방법

• 색상 쿼크의 풍미(가족) 인덱스를 게이지화하여 단일 커플링 상수 h를 가진 SU(3)₆ 게이지 대칭을 형성한다.
• SU(3)₆ 동역학이 점근 자유이며 적외선 영역에서 자발적으로 붕괴되어 여덟 개의 풍미-글루온 질량을 생성한다고 가정한다.
• 좌우 페르미온 간의 비추상적이고 큰 효과적 풍미 전하 교환을 통해 페르미온 질량을 동역학적으로 생성한다.
• 페르미온을 SU(3)₆의 기본 표현 또는 쌍대 기본 표현에 할당하여 대칭을 붕괴시키고 질량 차이를 생성한다.
• 이상치 상쇄를 위해 오른쪽 수동 중성자를 특정 SU(3)₆ 표현에 도입하며, 조건 η_AF < 9에 의해 제약을 받는다.
• 페르미온 질량 생성의 결과로 전기약력 대칭 붕괴를 유도하며, W 및 Z 보손 질량이 페르미온 자기에너지와 연결됨을 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기본 힉스 스칼라가 아닌, 게이지된 풍미 대칭의 자발적 붕괴로부터 전기약력 대칭 붕괴가 동역학적으로 발생할 수 있는가?
• RQ2 세 가족을 가진 비아벨리언 SU(3)₆ 풍미 게이지 이론에서 이상치를 상쇄하기 위해 필요한 최소의 오른쪽 수동 중성자 집합은 무엇인가?
• RQ3 단일 매개변수, 점근 자유인 게이지 이론이 관측된 페르미온 질량 스펙트럼과 전기약력 스케일을 어떻게 생성할 수 있는가?
• RQ4 페르미온 질량으로 인한 전역 대칭 붕괴가 가짜-남부-골드스톤 보손 존재성과 그들이 암흑물질로서의 역할에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ5 이 모델이 예측하는 비활성 중성자와 축상 입자가 타당한 암흑물질 후보가 될 수 있는가?

주요 결과

• 모델은 비추상적 풍미-글루온 교환을 통해 모든 페르미온 질량을 동역학적으로 생성하며, 톰 쿼크 질량이 전기약력 스케일을 결정한다.
• 이상치 자유성은 정확히 3개 또는 5개의 오른쪽 수동 중성자 트리플릿 또는 동등한 조합을 추가하여 이상치 계수를 상쇄해야 한다.
• 이상치 자유이자 점근 자유인 구성이 유한한 수로 존재하며, η_AF < 9 조건이 신규 페르미온의 수를 제약한다.
• 페르미온 질량으로 인한 전역 대칭의 자발적 붕괴는 고정된 패턴의 (가짜)아이온과 (가짜)메이저론을 유도한다.
• 비활성 중성자와 가짜-남부-골드스톤 보손은 타당한 암흑물질 후보로 예측되며, 천체물리학적 제약과 일치한다.
• 모델의 유일한 자유 매개변수인 풍미 커플링 h는 모든 페르미온 질량 비율을 고유하게 결정하므로 정밀 질량 측정을 통한 반증이 가능하다.