[論文レビュー] A novel 3-3-1 model for the generation of the SM fermion mass and mixing pattern

A. E. Cárcamo Hernández, Sergey Kovalenko+2 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、$Z_2 \times Z_4 \times U(1)_{L_g}$ 対称性と拡張されたスカラー系を備えたローレンツ不変な 3-3-1 モデルを提案し、フェルミオン質量階層を段階的ループ抑制によって説明する。トップおよびエキゾチックフェルミオンは木レベルで質量を獲得し、ボトム、チアノ、タウ、ミューオンは1ループで、軽いクォークおよび電子は2ループで質量を獲得する。軽いアクティブニュートリノ質量は2ループ線形・逆カイゼン・シーイズメカニズムによって生成され、フェルミオン的およびスカラー的ダークマター候補が特定される。

ABSTRACT

We propose an extension of the 3-3-1 model with an additional symmetry group $Z_{2} imes Z_{4} imes U(1)_{L_g}$ and an extended scalar sector. To our best knowledge this is the first example of a renormalizable 3-3-1 model, which allows explanation of the SM fermion mass hierarchy by a sequential loop suppression: tree-level top and exotic fermion masses, 1-loop bottom, charm, tau and muon masses; 2-loop masses for the light up, down, strange quarks as well as for the electron. The light active neutrino masses are generated from a combination of linear and inverse seesaw mechanisms at two loop level. The model also has viable fermionic and scalar dark matter candidates.

研究の動機と目的

• 標準模型フェルミオン質量の階層的構造が最小限の標準模型で説明されていないという問題に取り組む。
• 微調整を必要とせず、観測されたフェルミオン質量パターンを自然に生成するローレンツ不変な 3-3-1 モデルを構築する。
• 線形および逆カイゼン・シーイズの寄与を組み合わせた2ループメカニズムを用いて、軽いアクティブニュートリノ質量を実現する。
• モデルの拡張された粒子スペクトル内に、フェルミオン的およびスカラー的ダークマター候補を特定する。

提案手法

• フェルミオン質量およびニュートリノ質量生成を媒介する追加のヒッグス場を有する拡張されたスカラー系を導入する。
• 量子数を制御し、望ましくない相互作用を抑制するため、$Z_2 \times Z_4 \times U(1)_{L_g}$ ゲージ対称性を実装する。
• 段階的ループ抑制を用いる：トップおよびエキゾチックフェルミオンは木レベルで質量を獲得し、ボトム、チアノ、タウ、ミューオンは1ループで、軽いクォークおよび電子は2ループで質量を獲得する。
• 線形および逆カイゼン・シーイズメカニズムを含む2ループダイアグラムを用いて、軽いアクティブニュートリノ質量を実現する。
• 新しい粒子の量子数を慎重に割り当てることで、ゲージカップリングの統一とアノマリーのキャンセルを確保する。
• 離散的対称性と質量階層を課すことにより、安定で弱い相互作用を示す粒子をダークマター候補として特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された標準模型フェルミオン質量の階層は、ローレンツ不変な 3-3-1 モデル内でどのように動的に生成可能か？
• RQ2 線形および逆カイゼン・シーイズメカニズムを組み合わせた2ループ機構は、観測と整合する軽いアクティブニュートリノ質量を生成可能か？
• RQ3 $Z_2 \times Z_4 \times U(1)_{L_g}$ 対称性は、モデルの安定化と段階的ループ抑制の実現にどのように寄与するか？
• RQ4 モデル内のどの粒子が、妥当なフェルミオン的およびスカラー的ダークマター候補として機能可能か？
• RQ5 モデルはゲージカップリングの統一とアノマリーのキャンセルと整合的か？

主な発見

• モデルは段階的ループ抑制メカニズムを実現する：トップおよびエキゾチックフェルミオンは木レベルで質量を獲得し、ボトム、チアノ、タウ、ミューオンは1ループで、軽いアップ、ダウン、ストレンジクォークおよび電子は2ループで質量を獲得する。
• 軽いアクティブニュートリノ質量は、線形および逆カイゼン・シーイズメカニズムを組み合わせた2ループダイアグラムによって生成され、ニュートリノ振動データと整合的である。
• モデルには、$Z_2$ 対称性によって保護される安定で弱い相互作用を示すフェルミオン的ダークマター候補が存在する。
• スカラー的ダークマター候補が特定され、$Z_4$ 対称性によって安定化され、その質量および結合定数は宇宙論的制約と整合的である。
• モデルはローレンツ不変でアノマリーがなく、適切な量子数の割り当てにより、すべてのゲージおよび重力的アノマリーがキャンセルされる。
• 拡張されたスカラー系は、階層的フェルミオン質量およびニュートリノ質量生成を媒介する必要十分なヒッグス場を提供する。