[论文解读] Fermion Mass Hierarchy in the Nu MSGUT I : The Real Core

Charanjit S. Aulakh|arXiv (Cornell University)|Feb 15, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用 17

一句话总结

该论文提出了一种新颖的SO(10)超对称大统一理论（GUT）情景，其中10-plet和120-plet希格斯多重态主导了带电费米子的质量层次，而126-plet的微弱耦合则增强了类型I seesaw机制，从而生成可行的中微子质量。该模型在大统一尺度下预测轻子扇区的PMNS混合接近最大值，并且b−τ = s−μ统一条件具有鲁棒性，右手中微子质量被约束在10¹² GeV以下。

ABSTRACT

The recent failure of the scenario which uses only $\mathbf{10,\oot}$ Higgs multiplets to yield large enough neutrino masses in the $\mathbf{SO(10) }$ extbf{MSGUT} motivates an alternative scenario\cite{blmdoom} where the $\mathbf{120}$ -plet collaborates with the $ \mathbf{10}$ -plet to fit the dominant charged fermion masses. The small $\mathbf{\oot} $ -plet couplings give appreciable contributions only to light charged fermion masses { extit{and}} enhance the Type I seesaw masses to viable values. We analyze the 2-3 generation core of the complete hierarchical fermion mass system in the CP conserving approximation. \emph{Ansatz} consistency \emph{requires} ${\mathbf{m_b-m_s = m_τ-m_μ}} $ at the GUT scale $M_X$ and predicts near maximal (PMNS) mixing in the leptonic sector for central values of charged fermion parameters and for wide ranges of the other relevant parameters : righthanded neutrino masses and relative strength of contributions of the two doublet pairs from the $\mathbf{120}$-plet to the effective MSSM Higgs pair. These features are preserved in the CP preserving 3 generation system whose results are previewed : an additional consistency requirement $\mathbf{θ_{13}^c =θ_{12}^c θ_{23}^c }$ on the CKM angles at $M_X$ arises for 3 generations. Right handed neutrino masses in such scenarios are all less than about $10^{12} GeV$.

研究动机与目标

• 解决标准10-126希格斯情景在SO(10) MSGUT框架下无法生成足够大的中微子质量的问题。
• 提出一种新的角色分配：120-plet分担主导带电费米子质量拟合的负担，而126-plet则微弱地贡献以增强类型I seesaw机制。
• 在质量差异和混合角的预测约束下，实现一致的CP守恒2-3代费米子质量层次。
• 推导出一个鲁棒且现象学上可行的框架，避免任意相位和纹理，同时保持最大大气混合。
• 通过126-plet耦合的微小性，将右手中微子质量约束在10¹² GeV以下，与轻子生成机制相容。

提出的方法

• 采用CP守恒近似，分析SO(10) MSGUT中2-3代费米子质量层次的核心部分。
• 在小Wolfenstein参数ε的微扰展开中，将θ²³ᶜ视为通用小参数，以组织质量拟合层次。
• 施加假设m_b(M_X) − m_s(M_X) = m_τ(M_X) − m_μ(M_X)，该假设源于质量矩阵结构的一致性。
• 分析10-和120-plet对有效MSSM希格斯对的贡献及其对seesaw机制的影响。
• 在ε的系统性展开中，推导出O(ε³)阶的约束，包括关系式θ₁₃ᶜ = θ₁₂ᶜθ₂₃ᶜ。
• 利用Pati-Salam子群分解（SU(4)×SU(2)_L×SU(2)_R）分析希格斯零模耦合及大统一对称性破缺。

实验结果

研究问题

• RQ1 SO(10) MSGUT中的10-120-126希格斯扇区能否在拟合观测到的带电费米子质量层次的同时，生成可行的中微子质量？
• RQ2 在一致假设下，大统一尺度上的质量差m_b − m_s和m_τ − m_μ会受到何种约束？
• RQ3 126-plet对16-plet的微弱耦合如何影响类型I seesaw机制以及右手中微子质量标度？
• RQ4 在此框架中，轻子扇区的近似最大PMNS混合的起源是什么？
• RQ5 在小参数ε（Wolfenstein参数）的系统性微扰展开中，能否在高阶得到CKM角之间具有预测性的关系？

主要发现

• 该模型预测了精确的质量差统一关系：m_b(M_X) − m_s(M_X) = m_τ(M_X) − m_μ(M_X)，这是假设与质量矩阵结构一致性的直接结果。
• 对于费米子参数的中心值及广泛范围的其他参数（包括右手中微子质量），2-3扇区的近似最大PMNS混合自然且稳健地出现。
• 该模型预测右手中微子质量被上限约束在约10¹² GeV以内，这是由于126-plet耦合的微小性所致。
• 在微扰展开的O(ε³)阶，出现了一个新约束：θ₁₃ᶜ = θ₁₂ᶜθ₂₃ᶜ，该关系与观测到的数量级值相容，且可在完整的三世代分析中进一步纳入CP破坏。
• 120-plet在拟合顶夸克和底夸克质量方面起主导作用，而126-plet则微弱但有效地增强了类型I seesaw贡献。
• 该框架与CP守恒的三世代系统完全相容，其中2世代解构成稳健核心，且模型避免了任意相位或纹理。