[論文レビュー] Fermion localization and flavour hierarchy in higher curvature spacetime

Sayantan Choudhury, Joydip Mitra+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2015

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、ドメイン壁に結合されたガウス・ボナチ重力を持つブレーンワールドモデルにおいて、フェルミオンの局在化が外部のバルク場を必要とせず、自然にフラバー階層問題を解決することを提案する。高次の曲率項とドメイン壁の結合により、左巻きフェルミオンモードを局在化するポテンシャルが生成され、標準模型におけるフェルミオン質量階層の幾何的起源を提供する。

ABSTRACT

Fermion localization in a braneworld model in presence of dilaton coupled higher curvature Gauss-Bonnet bulk gravity is discussed. It is shown that the left handed fermionic modes can be localized on the visible brane due to the dilaton coupled higher curvature term without the necessity of any external localizing bulk field. This offers a natural resolution of the flavour hierarchy problem in Standard Model.

研究の動機と目的

• フェルミオン質量が多数のオーダーにわたって散らばる標準模型におけるフラバー階層問題に対処すること。
• 特にガウス・ボナチ結合を含む高次の曲率重力項が、フェルミオンを可視ブレーン上に自然に局在化できるかを調査すること。
• ドメイン壁場が追加のバルク場を導入せずにフェルミオン局在化に果たす役割を調査すること。
• 微調整や恣意的な仮定を避ける幾何的メカニズムを提供することにより、フェルミオン質量生成を幾何的に説明すること。

提案手法

• ドメイン壁場がガウス・ボナチ不変量に結合された5次元バルクを有するブレーンワールドモデルを構築する。
• ドメイン壁およびガウス・ボナチ項を伴う5次元ディラック方程式を解き、有効4次元フェルミオン作用を導出する。
• ゼロモード波動関数のプロファイルを解析し、ブレーン上での局在化行動を特定する。
• ドメイン壁プロファイルとガウス・ボナチ項の相互作用が、左巻きフェルミオンを捕らえるポテンシャル井戸を生成することを示す。
• 追加のバルクスカラー場やゲージ場を必要とせず、局在化が安定であることを示す。
• 得られた波動関数を用いて有効4次元フェルミオン質量を抽出し、観測値と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バルク重力作用にガウス・ボナチ項を組み込み、ドメイン壁場に結合させた場合、左巻きフェルミオンが可視ブレーン上に局在化するか。
• RQ2 高次の曲率項の導入により、フェルミオンの局在化に外部バルク場を必要としなくなるか。
• RQ3 得られるフェルミオン質量スペクトルが、標準模型で観測されたフラバー階層を自然に再現できるか。
• RQ4 ドメイン壁プロファイルが、フェルミオン局在化の有効ポテンシャルの形状にどのように影響するか。
• RQ5 局在化メカニズムが、バルク幾何や結合パラメータの小さな摂動に対して安定かつ頑健であるか。

主な発見

• ドメイン壁結合付きガウス・ボナチ項は、5次元バルクにフェルミオンゼロモードを可視ブレーン上に効果的に局在化させるポテンシャル井戸を生成する。
• スカラー場やゲージ場などの追加バルク場を一切必要とせず、完全に幾何的メカニズムを提供する。
• 有効4次元フェルミオン質量は、ドメイン壁とガウス・ボナチ項の相互作用によって支配されるゼロモード波動関数の形状に依存する。
• 追加次元における波動関数重ね合わせの指数的抑制により、フェルミオン質量の階層が自然に生成される。
• メカニズムは観測されたフェルミオン質量スペクトルと整合的であり、フラバー階層問題に対する幾何的説明を提供する。
• ドメイン壁および曲率結合パラメータの小さな摂動に対しても局在化が安定であるため、メカニズムの頑健性が示される。