[논문 리뷰] Generalised Proper Time as a Unifying Basis for Models with Two Right-Handed Neutrinos

D. J. Jackson|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 27.

Neutrino Physics Research참고 문헌 86인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 4차원 시공간을 초월하여 자연스럽게 두 개의 오른손자성 중성자를 포함하는 통합 이론에 통합할 수 있는 일반화된 적절한 시간 간격을 바탕으로 한 기초적 통합 프레임워크를 제안한다. E₆, E₇, E₈와 같은 예외적 리 군을 사용하여 적절한 시간을 일반화함으로써, 이 모델은 표준모형의 핵심 특징을 재현하고, 암흑물질 후보 및 중성자와 힉스 부문 간의 연결을 포함한 새로운 물리학을 예측한다.

ABSTRACT

Models with two right-handed neutrinos are able to accommodate solar and atmospheric neutrino oscillation observations as well as a mechanism for the baryon asymmetry of the universe. While economical in terms of the required new states beyond the Standard Model, given that there are three generations of the other leptons and quarks this raises the question concerning why only two right-handed neutrino states should exist. Here we develop from first principles a fundamental unification scheme based upon a direct generalisation and analysis of a simple proper time interval with a structure beyond that of local 4-dimensional spacetime and further augmenting that of models with extra spatial dimensions. This theory leads to properties of matter fields that resemble the Standard Model, with an intrinsic left-right asymmetry which is particularly marked for the neutrino sector. It will be shown how the theory can provide a foundation for the natural incorporation of two right-handed neutrinos and may in principle underlie firm predictions both in the neutrino sector and for other new physics beyond the Standard Model. While connecting with contemporary and future experiments the origins of the theory are motivated in a similar spirit as for the earliest unified field theories.

연구 동기 및 목표

• 세 대의 페르미온 세대가 있는 모델에서 오직 두 개의 오른손자성 중성자만 존재하는 이유에 대한 경험적 수수께끼를 해결하기 위해.
• 4차원 시공간과 국소 기하학을 초월하는 일반화된 적절한 시간 간격을 기반으로 한 기초 이론을 개발하기 위해.
• 표준모형을 새로운 물리학, 특히 중성자 부문과 암흑물질과 통합하기 위해 기하학적 기반을 제공하기 위해.
• 두 개의 오른손자성 중성자를 포함하는 모델에 자연스러운 이론적 근거를 제공하고, E₈와 같은 예외적 리 군의 구조와 연결하기 위해.
• 최소한의 기하학적으로 기초된 프레임워크를 통해 역사적 통합장 이론과 현대 입자물리학 및 천체물리학을 연결하기 위해.

제안 방법

• 추가 공간 차원에서 최소 제곱형식을 사용하여 적절한 시간 간격을 일반화함으로써 248차원 기하학적 구조를 도출한다.
• 예외적 리 군 E₆, E₇, E₈를 적용하여 그들의 루트 체계를 사용해 페르미온 표현과 게이지 대칭성을 유도한다.
• E₈ 대칭성 붕괴 패턴에서 유도된 스칼라 불변량의 진공 기대값을 사용하여 유카와 결합 상수와 질량 항을 생성한다.
• TM₄를 통해 248차원 벡터 v₂₄₈를 4차원 시공간으로 투영하여 힉스 및 전기약력 부문을 복원함으로써 표준모형과 연결한다.
• 모든 알려진 대칭성과 물질 구성 요소를 통합하는 특수상대론과 일반상대론을 일반화하는 통합 방정식(식 13/15)을 수립한다.
• E₈에서의 대체 적절한 시간 형태로부터 발생하는 암흑 부문과 가시 부문 간의 중력 결합 역할을 탐구한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일반화된 적절한 시간 간격이 표준모형과 그 확장에 대한 기초적 기하학적 근거를 제공할 수 있는가?
• RQ2 이 프레임워크에서 왜 두 개의 오른손자성 중성자가 자연스럽게 나타나며, 이는 페르미온 세대 수수께끼를 어떻게 해결하는가?
• RQ3 예외적 리 군 E₆, E₇, E₈는 이 이론의 페르미온 구성과 게이지 대칭성을 어떻게 구성하는가?
• RQ4 v₄ 투영에 의해 제안된 힉스 부문의 복합적 성격이 전기약력 대칭성 붕괴에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 이 이론은 중성자 진동, 암흑물질, 정밀 전기약력 측정에서 검증 가능한 신호를 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 일반화된 적절한 시간 간격은 표준모형 게이지군과 페르미온 세대를 자연스럽게 수용하는 248차원 기하학적 구조를 이끌어낸다.
• E₈ 대칭성 붕괴 패턴은 유카와 결합 상수와 질량 항을 생성할 수 있는 스칼라 불변량을 생성한다. 이는 힉스와 오른손자성 중성자 포함.
• 이 모델은 관측된 태양 및 대기 중성자 진동과 비대칭성 생성과 일치하는 자연스러운 두 개의 오른손자성 중성자의 존재를 예측한다.
• 힉스 부문은 248차원 벡터의 v₄ 투영에서 유도되며, 중성자 물리학과 연결된 복합 힉스 구조를 시사한다.
• 암흑 부문은 대체 적절한 시간 형태에서 기인할 수 있으며, 유일하게 가시 부문과 중력 결합을 통해 상호작용하여 검증 가능한 암흑물질 후보를 제공한다.
• 이 이론은 특수상대론과 일반상대론을 일반화하는 통합 방정식(식 13/15)을 제공하며, 이는 초기 통합장 이론과 연결되면서도 현대 실험 제약 조건과도 호환된다.