[论文解读] A Gauge Theory for Baryon and Lepton Numbers

Michael Duerr, P. Perez+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文提出一种规范理论，其中重子数（B）和轻子数（L）为局部对称性，并在电弱尺度自发对称性自发破缺，从而避免了对大荒漠（large desert）的需求。该理论预测存在新型的类夸克轻子费米子，同时携带B和L量子数，提供了一种自然抑制质子衰变并满足实验约束的低能机制。

ABSTRACT

Models where the baryon (B) and lepton (L) numbers are local gauge symmetries that are spontaneously broken at a low scale are revisited. We find new extensions of the Standard Model which predict the existence of fermions that carry both baryon and lepton numbers (i.e., leptoquarks). The local baryonic and leptonic symmetries can be broken at a scale close to the electroweak scale and we do not need to postulate the existence of a large desert to satisfy the experimental constraints on baryon number violating processes like proton decay.

研究动机与目标

• 重新审视重子数和轻子数作为局部规范对称性而非全局对称性的模型。
• 在不依赖大荒漠新物理的前提下，解决质子衰变及其他重子数破坏过程的实验约束。
• 构建一个自洽的标准模型扩展，使B和L对称性在低能尺度实现自发破缺。
• 探索同时携带重子数和轻子数的新型费米子（类夸克轻子）的物理解释。

提出的方法

• 将局部U(1)_B和U(1)_L规范对称性作为理论的基本对称性提出。
• 引入标量场，使其在电弱尺度自发破缺U(1)_B和U(1)_L对称性。
• 将新规范玻色子和标量场与标准模型费米子耦合，生成有效相互作用。
• 推导出相应的低能有效理论，包括出现同时携带B和L量子数的类夸克轻子费米子。
• 分析该框架下质子衰变及其他重子数破坏过程的物理解释。
• 通过调节破缺尺度和耦合强度，确保与实验限制的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不依赖高能破缺尺度或大荒漠新物理的前提下，将重子数和轻子数提升为局部规范对称性？
• RQ2 在B和L对称性于电弱尺度自发破缺的模型中，质子衰变将有何影响？
• RQ3 此类理论中将出现何种新型费米子态？它们如何同时携带重子数和轻子数？
• RQ4 与B和L对称性相关的规范玻色子如何影响低能现象学及味破坏？
• RQ5 该框架能否自然地将重子数破坏抑制在当前实验限制范围内？

主要发现

• 该模型在电弱尺度实现了局部重子数和轻子数对称性的自发破缺，避免了对大荒漠的需求。
• 出现了同时携带重子数和轻子数的新费米子，在低能有效理论中有效表现为类夸克轻子。
• 由于破缺尺度较低且通过规范作用动力学，质子衰变速率自然被抑制，满足当前实验约束。
• 该理论预测了与B和L相关的新型规范玻色子，若破缺尺度接近电弱尺度，则可能在对撞机中被探测到。
• 该框架为质子稳定性提供了自然解释，无需依赖近似全局对称性或高能物理。