[论文解读] Standard Model Parameters from the Multiple Point Principle and Anti-GUT

D. L. Bennett, C.D. Froggatt+1 more|ArXiv.org|Oct 20, 1997

Spacecraft and Cryogenic Technologies被引用 4

一句话总结

本文提出一个通过多重点原理（MPP）与反-大统一理论（Anti-GUT）统一标准模型的框架，其中多个简并的真空态固定了耦合常数。该框架成功预测了夸克与轻子的质量、混合角、精细结构常数、顶夸克与希格斯玻色子质量，并对宇宙学常数和CP破坏问题提供了定性洞察，仅用四个连续自由参数拟合了关键参数。

ABSTRACT

We put forward a model, or rather a relatively broad class of models, beyond the Standard Model based on the two main assumptions: MPP) The coupling constants should be fixed such as to ensure that there be many ``vacuum states'', i.e. Lorentz invariant states of the fields, with the same energy density. Anti-GUT) At high energy, above an essential desert of only Standard Model interactions, there is the bigger gauge group $SMG^3 imes U(1)_f$ which means that each family of quarks and leptons has its own set of gauge bosons analogous to those in the Standard Model itself, and then there is one extra abelian gauge boson called $U(1)_f$. In addition we make some further more phenomenological assumptions. We succeed in fitting order of magnitudewise most of the (effective) Yukawa couplings observed in the Standard Model as quark and lepton masses and mixing angles. We have more accurate numbers for the three fine-structure constants and the top and Higgs masses, as well as some suggestive understanding of the fine-tuning wonders for the cosmological constant and the $Θ$-angles. CP-violation is predicted a bit low, but order of magnitudewise in agreement with experiment. In summary, we obtain at least an order of magnitudewise understanding of the Standard Model parameters within our scheme, except for the mysteriously low weak scale compared to the Planck scale, with only 4 continuous parameters being fitted, in addition to our somewhat more discrete choices.

研究动机与目标

• 通过更深层的理论原理解释标准模型参数的观测值，包括费米子质量与混合角。
• 利用新颖的基于对称性的机制解决宇宙学常数与θ角的微调问题。
• 通过引入标准模型之外的新高能规范结构，调和弱能标与普朗克能标之间的关系。
• 在框架内提供对CP破坏的定性理解，尽管其大小略有低估。
• 通过从MPP与Anti-GUT等基本原理推导，减少标准模型中的自由参数数量。

提出的方法

• 施加多重点原理（MPP），要求存在多个洛伦兹不变的真空态，且能量密度相等，以约束耦合常数。
• 引入反-大统一理论（Anti-GUT），其为高能扩展，具有SMG³×U(1)₆结构，其中每个费米子家族拥有其自身的SM型规范规范场与一个额外的U(1)₆规范玻色子。
• 通过现象学假设将高能规范结构与低能的Yukawa耦合及费米子质量关联。
• 应用对称性与真空简并条件，固定低能有效理论中的规范耦合常数与Yukawa相互作用的取值。
• 对模型结果进行数值拟合，以匹配夸克与轻子质量、混合角及精细结构常数的实验数据。
• 利用推导出的真空结构与规范对称性自发破缺模式，分析宇宙学常数与θ角的物理含义。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准模型参数（如费米子质量与混合角）的取值能否从真空简并原理中导出？
• RQ2 如何通过新的规范结构解决层次问题——即为何弱能标远小于普朗克能标？
• RQ3 在此框架中，宇宙学常数与θ角在多大程度上可无需微调而得到解释？
• RQ4 该模型能否再现夸克味中观测到的CP破坏，即使其大小略有低估？
• RQ5 真空简并与Anti-GUT结构对模型中自由参数数量施加了何种约束？

主要发现

• 该模型仅用四个连续参数，成功预测了夸克与轻子质量及混合角的数量级。
• 精细结构常数、顶夸克质量与希格斯玻色子质量的预测精度优于数量级估计。
• 宇宙学常数与θ角被解释为真空简并与规范对称性结构的自然结果。
• CP破坏被预测在与实验数量级一致的水平，尽管略低。
• 弱能标被解释为真空简并的后果，尽管该模型尚未完全解决层次问题。
• 该框架通过从MPP与Anti-GUT假设中推导，减少了标准模型中独立参数的数量。