[論文レビュー] Radiatively generated hierarchy of lepton and quark masses

A. E. Cárcamo Hernández, Sergey A. Kovalenko+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2016

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 2

ひとこと要約

本稿は、S3 × Z2のソフトに破れた離散的対称性を用いて、標準模型フェルミオン質量階層を最小限の放射的モデルで提示する。トプ・クォーク質量は木レベルで生成され、ボトム/トップ/チアム/タウ/ミューオン質量は1ループで、軽いクォーク/電子は2ループで、軽いニュートリノは4ループで、1つの標準模型ヒッグスダブルレットと3つの中性スカラーダイレクトに生成される。このモデルは、実用的なスカラーダークマター候補（η）と約2.5 TeVのカットオフスケールを予測し、Exoticフェルミオンとスカラが750 GeV付近に位置し、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）でテスト可能である可能性を示している。

ABSTRACT

We propose a model for radiatively generating the hierarchy of the Standard Model (SM) fermion masses: tree-level top quark mass; 1-loop bottom, charm, tau and muon masses; 2-loop masses for the light up, down and strange quarks as well as for the electron; and 4-loop masses for the light active neutrinos. Our model is based on a softly-broken $S_{3} imes Z_{2}$ discrete symmetry. Its scalar sector consists only of one SM Higgs doublet and three electrically neutral SM-singlet scalars. We do not need to invoke either electrically charged scalar fields, or an extra $SU_{2L}$ scalar doublet, or the spontaneous breaking of the discrete group, which are typical for other radiative models in the literature. The model features a viable scalar dark matter candidate.

研究の動機と目的

• 標準模型フェルミオン質量の観測された階層（トップから軽いニュートリノまで）を、段階的なループ抑制メカニズムによって説明すること。
• 余分な電荷を帯びたスカラーや追加のヒッグスダブルレット、または自発的対称性の破れを避ける最小限の標準模型（SM）拡張を構築すること。
• 特にZ2奇性のシングレットスカラであるηが、実用的なスカラーダークマター候補として特定できること。
• 1ループおよび2ループフェルミオン質量から、カットオフスケールΛ ≈ 2.5 TeVを推定し、重いスカラおよびフェルミオン媒介子によるUV完成化を検討すること。
• リリック密度制約およびLHCにおけるExoticなカラーダイレクトおよび電荷を帯びたフェルミオンの探索可能性を含む、モデルの物性的妥当性を評価すること。

提案手法

• S3 × Z2のソフトな破れを導入し、Yukawa結合を異なるループレベルで抑制する：トップクォークは木レベル、ボトム、チアム、タウ、ミューオンは1ループ、軽いクォークおよび電子は2ループ、軽いアクティブニュートリノは4ループで発生する。
• 1つの標準模型ヒッグスダブルレットと3つの中性スカラーダイレクト（σ1, σ2, η）を導入し、σはS3 × Z2の下でダブルレットとして変換し、ηはシングレットとして変換する。
• 非ローレンツ的Yukawa相互作用（次元5および次元7）を介して質量を媒介する、ExoticなSU(2)Lシングレットフェルミオン（T, B, Eなど）を導入し、S3 × Z2量子数を明確に定義する。
• Z2（フェルミオンに）およびS3（σに）のソフト破れ項を用い、ループ図における質量挿入を可能にし、階層的な質量パターンを生成する。
• Weinberg作用素を介して4ループニュートリノ質量を導出し、Λ⁴による抑制を示し、モデルが自然に1つの質量ゼロおよび2つの非ゼロニュートリノ質量を生成することを示す。
• 重いスカラおよびフェルミオン状態（ξ, Φ, χ, ϕ, ρ）を導入し、すべての結合がS3 × Z2のシングレットとして変換する、ローレンツ的頂点を通じて非ローレンツ的作用素を生成するUV完成化を構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 余分な電荷を帯びたスカラーやSU(2)Lダブルレットを含まない最小限の標準模型拡張が、段階的ループ抑制メカニズムによって、トップから軽いニュートリノまでの全フェルミオン質量階層を生成できるか？
• RQ2 4ループニュートリノ質量生成を実現しつつ、ゲージおよびグローバル対称性を保つために必要な最小限のスカラおよびフェルミオン系は何か？
• RQ3 このモデルは、宇宙論的リリック密度制約と整合する実用的なスカラーダークマター候補を許容するか？
• RQ4 有効理論のカットオフスケールΛは推定されるか？また、観測されたフェルミオン質量とどのように関係するか？
• RQ5 このモデルが予測するExoticなカラーダイレクトおよび電荷を帯びたフェルミオンのLHCシグネチャは何か？また、ジジェットまたはジレプトン最終状態を通じて探索可能か？

主な発見

• モデルは、ループ抑制を介して標準模型フェルミオン質量階層を生成する：トップクォークは木レベル、ボトム、チアム、タウ、ミューオンは1ループ、軽いクォークおよび電子は2ループ、軽いアクティブニュートリノは4ループで発生する。
• 1ループおよび2ループのクォーク質量寄与に基づき、カットオフスケールΛは約2.5 TeVと推定される。
• 軽いニュートリノ質量スペクトルは、1つの質量ゼロおよび2つの非ゼロ質量固有状態を有し、ニュートリノ振動データと整合的である。
• Z2奇性スカラであるηは、実用的なスカラーダークマター候補であり、mη ≈ 750 GeVおよびλh²η² ≤ 1の条件下で、リリック密度Ωh² ≈ 0.1198を達成可能である。
• すべての非標準模型粒子、特にExoticクォークおよび電荷を帯びたレプトンの典型的な質量スケールは約750 GeVであり、LHCで探索可能である可能性がある。
• 重いスカラおよびフェルミオン状態（ξ, Φ, χ, ϕ, ρ）によるUV完成化は、ローレンツ的相互作用を通じて必要な非ローレンツ的作用素を生成し、S3 × Z2対称性を保存する。