[논문 리뷰] Soft mass generation

Jiří Hošek|arXiv (Cornell University)|2009. 09. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 2인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 표준모형의 힉스 섹터를 강한 비아벨리안 $SU(3)_F$ 수평 flavor 게이지 동역학으로 대체함으로써 부드러운 질량 생성 메커니즘을 제안한다. 이 모형은 대칭의 자발적 비틀림과 슈윙거-다이슨 방정식의 비추상적 해를 통해 Fermion, $W$ 및 $Z$ 보손, 그리고 여덟 개의 flavor 글루온의 질량을 생성하며, 기본 힉스 보손 없이도 Fermion 질량의 계층성과 전자기약력 대칭 깨짐을 설명할 수 있는 단일 매개변수 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

We replace the Higgs sector of the Standard electroweak gauge model of three fermion families by a horizontal non-vector-like gauge SU(3) quantum flavor dynamics with one parameter. With plausible physical assumptions we suggest that the new dynamics generates spontaneously the masses of its eight flavor gluons, of leptons and quarks, and of the intermediate W and Z bosons. Absence of axial anomalies requires neutrino right-handed electroweak singlets and the dynamics then suggests the existence of massive Majorana neutrinos.

연구 동기 및 목표

• 표준모형의 힉스 섹터를 기본 힉스 보손을 도입하지 않고 질량 생성을 설명할 수 있는 최소한의 강한 결합 $SU(3)_F$ flavor 게이지 동역학으로 대체한다.
• 비추상적 슈윙거-다이슨 방정식의 해를 통해 전역 $SU(3)_F$ 대칭의 자발적 비틀림을 통해 Fermion과 게이지 보손의 질량이 동적으로 유도됨을 보여준다.
• W 및 Z 보손의 질량이 별도의 힉스 섹터 없이도 동적으로 생성된 Fermion 자기에너지의 결과로 나타남을 보여준다.
• 단일 결합 상수와 높은 flavor 글루온 스케일을 사용하여 관측된 질량 계층을 재현하는 Fermion 질량 공식을 유도한다.
• 이론의 이상 자유성을 확보하기 위해 오른쪽 수동 중성미온을 도입함으로써 모형을 Majorana 중성미온 질량과 잠재적 천체물리적 서명과 연결시킨다.

제안 방법

• 일개의 결합 상수 $h$를 가진 강한 비벡터적 $SU(3)_F$ 게이지 이론을 도입하며, 이는 여덟 개의 게이지 보손( flavor 글루온)이 모든 펄서 편미분 Fermion과 상호작용한다.
• Fermion 자기에너지 $\Sigma(q^2)$에 대한 비선형 슈윙거-다이슨 방정식을 사용하여 고에너지 영역에서 유한하고 대칭 깨짐을 유도하는 해를 찾는다. 이는 Fermion 질량을 생성한다.
• flavor 글루온의 분극 텐서 $\Pi^{\mu\nu}_{ab}(q)$를 모형화하여 자발적 $SU(3)_F$ 대칭 깨짐으로 인해 나타나는 복합 Nambu-Goldstone 보손에 해당하는 질량이 없는 다원자극을 보여준다.
• Schwinger 메커니즘을 통해 전자기약력 대칭 깨짐을 실현하기 위해, 동적으로 생성된 Fermion 자기에너지가 $SU(2)_L \times U(1)_Y$ 대칭의 자발적 비틀림을 유도함을 보인다.
• broken 대칭성에서 유도된 Ward 항등식을 사용하여 $W$ 및 $Z$ 보손의 질량 합칙을 Fermion 자기에너지 $\Sigma_U$, $\Sigma_D$ 로 표현한다.
• 슬라이딩 결합에 대해 저에너지 효과적 가정을 채택하여 지수 질량 공식 $m = M \exp[-8\pi^2/h^{*2}]$ 를 도출하며, 여기서 $M \sim 10^6$ GeV 이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강한 결합된 flavor 게이지 이론에서 단일 결합 상수를 통해 표준모형의 전체 Fermion 질량 스펙트럼이 동적으로 생성될 수 있는가?
• RQ2 Fermion 자기에너지에 대한 슈윙거-다이슨 방정식의 비추상적 해가 기본 힉스 없이도 자발적 질량 생성을 어떻게 이끌어내는가?
• RQ3 flavor 글루온 자기에너지와 그 분극 텐서는 $W$ 및 $Z$ 보손 질량에 대한 Schwinger 메커니즘 실현에서 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 SU(3)_F 모형의 이상 자유성은 중성미온 섹터를 어떻게 제약하며, 이를 통해 Majorana 중성미온 질량이 도출되는가?
• RQ5 저에너지 근사에서 단일 효과적 결합을 통해 관측된 Fermion 질량의 계층성, 특히 토프 쿼크와 가벼운 중성미온을 재현할 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 슈윙거-다이슨 방정식의 비추상적 해를 통해 Fermion 질량을 생성하며, 질량 공식 $m = M \exp[-8\pi^2/h^{*2}]$ 를 통해 표현되며, 여기서 $M \sim 10^6$ GeV 이다.
• 중성미온 질량은 $h_\nu^2/4\pi = 2\pi/(15\ln 10)$ 를 통해 $m_\nu \sim 10^{-9}$ GeV 으로 도출되며, 토프 쿼크 질량은 $h_t^2/4\pi = 2\pi/(4\ln 10)$ 를 통해 $m_t \sim 10^2$ GeV 으로 도출된다.
• $W$ 및 $Z$ 보손 질량은 Fermion 자기에너지에 대한 합칙을 통해 동적으로 생성되며, $m_W^2$ 와 $m_Z^2$ 는 각각 $\Sigma_U^2$ 와 $\Sigma_D^2$ 에 비례한다.
• 이 모형은 일반적인 페르미 스케일을 예측하지 않으며, 대신 $m_W$ 와 $m_Z$ 질량은 대칭 깨짐의 결과로 나타나는 큰 토프 쿼크 질량에 의해 유도된다.
• 이상 자유성은 오른쪽 수동 중성미온 세 개의 도입을 요구하며, 이는 중성미온이 Majorana 성질을 띠며, 중성미온 진동과 천체물리학에서의 잠재적 실험적 서명을 암시한다.
• 종단형 벡터 보손 산란의 유닛화는 가상의 Nambu-Goldstone 보손의 질량이 큰 복합 쌍둥이들에 의해 이루어질 것으로 예상되나, 전체 스펙트럼은 아직 알려져 있지 않다.