[논문 리뷰] The spin-charge-family theory is explaining the origin of families, of the Higgs and the Yukawa couplings

N. S. Mankoč Borštnik|arXiv (Cornell University)|2010. 11. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 6

한 줄 요약

스핀-전하가족 이론은 14차원 시공간에서 스핀로르가 두 종류의 스핀 접속과 벨라인과 상호작용함으로써 페르미온 가족의 기원, 힉스 메커니즘, 요카다 쌍대가 상호작용이 통합된 프레임워크에서 유래됨을 제안한다. 이 이론은 관측 가능한 네 가족(제4가족은 LHC에서 탐지 가능할 수 있음)과 어두운 물질로서 안정된 제5가족을 예측하며, 표준모형의 힉스와 요카다 쌍대가 상호작용은 모두 가역표현을 갖는 다수의 스칼라 장이 낮은 에너지에서의 효과적 표현으로 나타남을 시사한다.

ABSTRACT

The spin-charge-family theory offers a possible explanation for the assumptions of the standard model - for the charges of a family members, for the gauge fields, for the appearance of families, for the the scalar fields - interpreting the standard model as its low energy effective manifestation. The spin-charge-family theory predicts at the low energy regime two decoupled groups of four families of quarks and leptons. The predicted fourth family waits to be observed, while the stable fifth family is the candidate to form the dark matter. The Higss and Yukawa couplings are the low energy effective manifestation of several scalar fields, all with the bosonic (adjoint) representations with respect to all the charge groups, with the family groups included. Properties of the families are analysed and relations among coherent contributions of the loop corrections to fermion properties discussed, including the one which enables the existence of the Majorana neutrinos. The appearance of several scalar fields is presented, their properties discussed, it is explained how these scalar fields can effectively be interpreted as the {\em standard model} Higgs (with the fermion kind of charges) and the Yukawa couplings, and a possible explanation why the Higgs has not yet been observed offered. The relation to proposals that the Yukawas follow from the SU(3) family (flavour) group, having the family charges in the fundamental representations of these groups, is discussed. The spin-charge-family theory predicts that there are no supersymmetric partners of the observed fermions and bosons.

연구 동기 및 목표

• 페르미온 가족의 기원, 즉 그 수와 질량 행렬을 통합된 이론적 프레임워크 내에서 설명하기.
• 표준모형의 힉스 메커니즘과 요카다 쌍대가 상호작용을 기초적인 스칼라 장으로부터 낮은 에너지 효과적 현상으로 유도하기.
• 어두운 물질이 안정된 제5가족의 페르미온으로 기인할 수 있음을 설명하기.
• 낮은 에너지에서 표준모형으로 감소하는 고차원 이론에서 스핀과 전하 자유도를 통합하기.
• 이 이론 내에서 코herent 루프 보정을 통해 메이저라 중성자 질량이 어떻게 발생하는지의 메커니즘 제공하기.

제안 방법

• 이 이론은 스핀로르와 gauge 장을 포함하는 14차원(d=14) 시공간 행동에서 출발하며, 두 종류의 별개의 스핀 접속 장과 벨라인을 포함한다.
• SO(1,7)×U(1)II×SU(3)에서 SO(1,3)×SU(2)I×SU(2)II×U(1)II×SU(3)로의 대칭 붕괴는 질량 행렬과 게이지 보손 질량을 생성한다.
• 1+3차원 부분공간에 있는 왼손 Weyl 스핀로르는 약한 이소스핀을 지니며, 오른손 쌍은 약한 전하를 지니지 않아 표준모형과 일치한다.
• 스칼라 장의 진공 기대값—벨라인과 스핀 접속으로부터 유도됨—은 페르미온 질량과 효과적 요카다 쌍대가 상호작용을 생성한다.
• 이론은 카르탕 부분대 생성자와 비-카르탕 상승/하강 연산자를 사용하여 정확한 편극성과 가족 양자수를 갖는 상태를 구성한다.
• 표준모형의 힉스와 요카다 쌍대가 상호작용의 출현은 모든 게이지 및 가족 군에 대해 가역표현을 갖는 다수의 스칼라 장의 효과적 저에너지 표현으로 해석된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기본 이론에서 페르미온 가족의 존재와 수를 어떻게 유도할 수 있는가? (가정이 아닌 기초 이론에서 유도할 것)
• RQ2 표준모형에서 힉스 장과 요카다 쌍대가 상호작용의 기원은 무엇이며, 더 기본적인 스칼라 자유도에서 어떻게 유도되는가?
• RQ3 이 이론은 어두운 물질을 설명할 수 있는 안정된 제5가족의 페르미온 존재를 설명할 수 있는가?
• RQ4 이 프레임워크 내에서 메이저라 중성자 질량은 어떻게 발생하며, 루프 보정은 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 왜 힉스 보손은 아직 관측되지 않았는가? 이는 이 이론에서 복합적이거나 효과적인 성격 때문일 수 있는가?

주요 결과

• 이 이론은 낮은 에너지 영역에서 쿼크와 렙톤의 네 가족으로 구성된 두 개의 분리된 그룹을 예측하며, 제4가족은 LHC에서 관측 가능할 수 있다.
• 제5가족은 색과 전자기 전하에 대해 안정적이고 중성이며, 중성 바리온과 중성자로 구성됨으로써 어두운 물질 후보로 타당하다.
• 힉스와 요카다 쌍대가 상호작용은 기본 장이 아니며, 모든 전하 군(가족 군 포함)에 대해 가역표현을 갖는 다수의 스칼라 장의 효과적 표현으로 나타난다.
• 페르미온 질량 행렬은 벨라인과 두 종류의 스핀 접속에 관련된 스칼라 장의 진공 기대값에서 기인한다.
• 이 이론은 알려진 페르미온과 보손의 슈퍼대칭 파artner가 존재하지 않음을 예측하며, 이는 표준모형의 많은 확장들과의 차이점을 나타낸다.
• 스칼라 장에 대한 코herent 루프 보정은 메이저라 중성자 존재를 가능하게 하여 그들의 작은 질량을 위한 메커니즘을 제공한다.