[논문 리뷰] Towards a theory of quark masses, mixings and CP-violation

Daniel Cremades, Ibanez, L. E.외 1명|ArXiv.org|2002. 12. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 66인용 수 30

한 줄 요약

이 논문은 D6-brane가 콪 pact 사이클을 감싸는 기하학적 구성으로 인해 쿼크 질량, 혼합 및 CP 위반 현상이 발생하는 이4B 초끈 이론 내 D-brane 모델을 제안한다. 월드시트 인스턴턴 기여의 합을 통해 양자역학적 쌍대상 상호작용을 계산함으로써, 이 모델은 관측된 쿼크 질량 계층과 CKM 혼합 각도를 재현하며, CP 위반은 U(1) 윌슨 라인 배경에서 기인하고, 스펙트럼은 브레인 이동에 의해 깨진 파티-살람 대칭과 일치한다.

ABSTRACT

We discuss the structure of Yukawa couplings in D-brane models in which the SM fermion spectrum appears at the intersections of D-branes wrapping a compact space. In simple toroidal realistic examples one can explicitly compute the Yukawa couplings as a function of the geometrical data summing over world-sheet instanton contributions. A particular simple model with a N = 1 SUSY spectrum and three quark-lepton generations is studied in some detail. Remarkably, one can reproduce the observed spectrum of quark masses and mixings for particular choices of the compact radii and brane locations. In order to reproduce the smallness of up- and down-quark masses branes should be located in simple geometric configurations leading to some accidental global symmetries. We also find that the brane configurations able to reproduce the observed data may be considered as a deformation (by brane translation) of a configuration with Pati-Salam gauge symmetry. The origin of CP-violation in this formalism is quite elegant. It appears as a consequence of the generic presence of U(1) Wilson line backgrounds in the compact dimensions. One can reproduce the observed results for the CP-violation Jarlskog invariant J as long as the compact radii are of order of the string scale. DISCLAIMER: This paper is going to be substantially revised. Althought the physics and general concepts are still valid, the Yukawa couplings of the particular model presented in this paper have a simpler form than discussed here, as we recently pointed out in hep-th/0302105. A properly revised version will be eventually sent as the paper is appropriately corrected.

연구 동기 및 목표

• 표준모형에서 쿼크 및 렙톤 질량과 혼합 각도의 계층적 구조를 초끈 이론 프레임워크를 통해 설명하기 위해.
• 교차하는 브레인을 가진 D-브레인 콪 pact화에서 페르미온 질량 계층의 기하학적 기원을 규명하기 위해.
• 특히 U(1) 윌슨 라인과의 연결 고리에 기반한 초끈 콱 pact화에서의 CP 위반 메커니즘을 명확히 하기 위해.
• 관측된 페르미온 스펙트럼이 브레인 이동에 의해 변형된 파티-살람 대칭 구조에서 유래할 수 있는지 탐색하기 위해.
• 세 개의 세대를 포함하는 실제 N=1 초대칭 D-브레인 설정에서 계산 가능한 양자역학적 쌍대상 상호작용의 정량적 모델 제공하기 위해.

제안 방법

• D6-브레인이 사이클을 감싸는 토로이드 콱 pact화에서 월드시트 인스턴턴 기여의 합으로 양자역학적 쌍대상 상호작용을 계산한다.
• 브레인의 교차를 통해 표준모형 게이지 군과 세 개의 쿼크 및 렙톤 세대로 구성된 브레인을 실현한다.
• 페르미온 질량과 혼합은 브레인 교차점에 국소화된 파동함수의 겹침으로부터 유도되며, 이는 인스턴턴 효과에 의해 조절된다.
• 복소수 위상은 콱 pact 차원에서 비영인 U(1) 윌슨 라인 배경으로부터 기인한다.
• 대칭적인 브레인 구성에서 임의의 글로벌 대칭(예: SU(2))이 나타나며, 이는 질량 행렬의 디제너레이션과 근사 대칭을 유도한다.
• 모델은 콱 pact 반경과 브레인 위치를 조정하여 관측된 쿼크 질량 스펙트럼과 CKM 행렬을 재현함으로써 수치적으로 분석된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 계산 가능한 양자역학적 쌍대상 상호작용을 가진 D-브레인 모델에서 관측된 쿼크 질량 계층과 CKM 혼합 각도를 재현할 수 있는가?
• RQ2 어떤 D-브레인 기하학적 구성이 업-쿼크 및 다운-쿼크 질량의 작음을 유도하는가?
• RQ3 이 D-브레인 프레임워크에서 CP 위반이 어떻게 발생하는가? 그리고 개방 끈 자유도와 관련이 있는가?
• RQ4 관측된 페르미온 스펙트럼은 브레인 이동에 의해 깨진 파티-살람 게이지 대칭과 일치하는가?
• RQ5 인스턴턴 억제와 임의의 글로벌 대칭의 상호작용이 기하학적 억제 외에 기하급수적 미세조정 없이 관측된 질량 스펙트럼을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 특정 콱 pact 반경과 브레인 위치 선택에 따라 모델은 관측된 쿼크 질량 스펙트럼과 CKM 혼합 각도를 재현한다.
• 업-쿼크 및 다운-쿼크 질량의 작음은 기하학적 대칭점 근처의 브레인 구성으로 인해 근사 글로벌 대칭을 유도함으로써 기인한다.
• CP 위반은 비영인 U(1) 윌슨 라인 배경에서 기인하며, 이는 양자역학적 쌍대상 상호작용에 복소수 위상을 생성한다.
• 콩 pact 반경이 스트링 규모일 때, 자르스코그 불변량 J는 실험적 값 (3.0±0.3)×10⁻⁵로 재현된다.
• 관측된 스펙트럼은 브레인 이동에 의해 깨진 파티-살람 대칭 구조와 일치하며, 이는 대칭 깨짐과 함께 관측된 질량 계층을 생성한다.
• 모델은 업-다운 쿼크 질량 계층의 반전 현상이 기하급수적 억제 외에도 브레인 이동에 의해 발생함을 보여준다.