[論文レビュー] On Fermion Masses, Unification, Proton Decay and the UV Cutoff of Adjoint SU(5)

Ilja Doršner, P. Perez|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、最小スカラー内容と随伴フェルミオン表現を備えたSU(5)の統一ゲージ理論において、ゲージ結合定数の統一、フェルミオン質量、陽子崩壊、UVカットオフの相乗的相互作用を調査する。フェルミオン的トリプレット質量は、プランクスケールのカットオフにおいて10^{2.1} GeV未満に制限され、将来的な衝突実験で検証可能である一方、陽子崩壊の予測は現在の実験的限界の1桁の範囲内に留まる。

ABSTRACT

We investigate correlation between the gauge coupling unification, fermion mass spectrum, proton decay, perturbativity and ultraviolet cutoff within the SU(5) grand unified theory with minimal scalar content and an extra adjoint representation of fermions. We find strong correlation between the upper bound on the mass of both the bosonic and fermionic SU(2) triplets and the cutoff. The upper bound on the fermionic triplet responsible for the Type III seesaw mechanism is 10^{2.1} GeV for the Planck scale cutoff. Therefore, in this case, both the idea of grand unification and nature of seesaw mechanism could be tested at future collider experiments through the production of those particles. Moreover, the prediction for the proton decay lifetime is at most an order of magnitude away from the present experimental limits. If the cutoff is lowered these predictions change significantly. In the most general scenario, if one does (not) neglect a freedom in the fermionic mixings, the upper bound on the fermionic triplet is at 10^{5.4} GeV (10^{10} GeV).

研究の動機と目的

• 最小スカラー内容と随伴フェルミオン表現を有するSU(5)の統一ゲージ理論の整合性を調査すること。
• このモデルにおけるUVカットオフ、フェルミオン質量スペクトル、陽子崩壊率の相関関係を検討すること。
• この枠組み内でのSU(2)トリプレット状態（ボソン的およびフェルミオン的）の質量の上界を特定すること。
• タイプIIIのシーイズメカニズムの実現可能性を評価し、将来的な衝突実験での検出可能性を検討すること。

提案手法

• 最小ヒッグス内容と追加の随伴フェルミオン表現を有するSU(5)の統一ゲージ理論を採用すること。
• ゲージ結合定数の統一とフェルミオン質量の生成を追跡するために、ランゲージ群方程式を適用すること。
• フェルミオン的トリプレットを介してタイプIIIのシーイズメカニズムを組み込み、軽いニュートリノ質量を生成すること。
• 最小スカラー内容を用いて陽子崩壊振幅を計算し、さまざまなUVカットオフにおけるその寿命を評価すること。
• 摂動性制約を適用し、フェルミオン混合自由度がトリプレット質量の上限に与える影響を分析すること。
• プランクスケールを基準カットオフとして採用し、トリプレット質量の上界を導出し、実験的限界と予測を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UVカットオフをプランクスケールに設定した場合、タイプIIIのシーイズメカニズムにおけるフェルミオン的SU(2)トリプレット質量の上界は何か？
• RQ2 このSU(5) GUTモデルにおいて、UVカットオフは予測される陽子崩壊寿命にどのように影響を与えるか？
• RQ3 フェルミオン混合パラメータの自由度が、フェルミオン質量および陽子崩壊の予測にどの程度依存するか？
• RQ4 導出された質量上限を踏まえると、フェルミオン的トリプレットは将来的な衝突実験で生成・検出可能か？
• RQ5 さまざまなカットオフスケールにおいて、このモデルの陽子崩壊予測は現在の実験的限界とどのように比較されるか？

主な発見

• UVカットオフをプランクスケールに設定した場合、フェルミオン的トリプレット質量の上界は10^{2.1} GeVである。
• 同じプランクスケールのカットオフ下で、モデルは現在の実験的限界の1桁の範囲内に陽子崩壊寿命を予測する。
• UVカットオフを低くすると、フェルミオン的トリプレット質量および陽子崩壊率の両方の予測が顕著に変化する。
• フェルミオン混合の自由度を考慮しない場合、フェルミオン的トリプレット質量の上界は10^{5.4} GeVにまで上昇する。
• フェルミオン混合に完全な自由度がある場合、上界はさらに10^{10} GeVにまで上昇し、モデルパラメータに強く依存することが示唆される。
• UVカットオフとSU(2)トリプレット質量の強い相関関係は、衝突実験が統一ゲージ理論およびシーイズメカニズムの両方を検証可能である可能性を示している。