[论文解读] Towards a theory of quark masses, mixings and CP-violation

Daniel Cremades, Ibanez, L. E.+1 more|ArXiv.org|Dec 4, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 66被引用 30

一句话总结

本文提出了一种在IIB型弦理论中的D-brane模型，其中夸克质量、混合参数和CP破坏源于D6-brane环绕紧致循环的几何构型。通过计算世界膜瞬子贡献的Yukawa耦合，该模型再现了观测到的夸克质量层次结构和CKM混合角，CP破坏源自U(1)威尔逊线背景，且谱结构与由膜位移破缺的Pati-Salam对称性一致。

ABSTRACT

We discuss the structure of Yukawa couplings in D-brane models in which the SM fermion spectrum appears at the intersections of D-branes wrapping a compact space. In simple toroidal realistic examples one can explicitly compute the Yukawa couplings as a function of the geometrical data summing over world-sheet instanton contributions. A particular simple model with a N = 1 SUSY spectrum and three quark-lepton generations is studied in some detail. Remarkably, one can reproduce the observed spectrum of quark masses and mixings for particular choices of the compact radii and brane locations. In order to reproduce the smallness of up- and down-quark masses branes should be located in simple geometric configurations leading to some accidental global symmetries. We also find that the brane configurations able to reproduce the observed data may be considered as a deformation (by brane translation) of a configuration with Pati-Salam gauge symmetry. The origin of CP-violation in this formalism is quite elegant. It appears as a consequence of the generic presence of U(1) Wilson line backgrounds in the compact dimensions. One can reproduce the observed results for the CP-violation Jarlskog invariant J as long as the compact radii are of order of the string scale. DISCLAIMER: This paper is going to be substantially revised. Althought the physics and general concepts are still valid, the Yukawa couplings of the particular model presented in this paper have a simpler form than discussed here, as we recently pointed out in hep-th/0302105. A properly revised version will be eventually sent as the paper is appropriately corrected.

研究动机与目标

• 在弦论框架下解释标准模型中夸克和轻子质量及其混合角的层次结构。
• 在具有相交膜的D-brane紧致化中，识别费米子质量层次的几何起源。
• 阐明弦紧致化中CP破坏的机制，特别是其与U(1)威尔逊线的关联。
• 探讨观测到的费米子谱是否可由经膜位移变形的Pati-Salam对称构型产生。
• 在具有三重世代的N=1超对称D-brane设置中，提供一个定量且可计算的Yukawa耦合模型。

提出的方法

• Yukawa耦合通过在D6-brane环绕循环的环面紧致化中，对世界膜瞬子贡献求和来计算。
• 该模型利用相交D-brane实现标准模型规范群及通过膜相交产生的三重世代夸克和轻子。
• 费米子质量与混合参数由局域在膜相交点的波函数重叠决定，受瞬子效应调制。
• Yukawa矩阵中的复相位源自紧致维度中非零的U(1)威尔逊线背景。
• 在对称膜构型下，出现意外全局对称性（如SU(2)），导致质量矩阵简并和近似对称性。
• 通过调节紧致半径和膜位置进行数值分析，以重现观测到的夸克质量谱和CKM矩阵。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有可计算Yukawa耦合的D-brane模型中，能否重现观测到的夸克质量层次结构和CKM混合角？
• RQ2 何种D-brane几何构型导致了上夸克和下夸克质量的微小性？
• RQ3 在此D-brane框架中，CP破坏如何产生，且是否与开弦自由度相关？
• RQ4 观测到的费米子谱是否与由膜位移破缺的底层Pati-Salam规范对称性一致？
• RQ5 瞬子抑制与意外全局对称性的相互作用能否在无需指数级微调的情况下解释观测到的质量谱？

主要发现

• 对于特定的紧致半径和膜位置选择，该模型成功重现了观测到的夸克质量谱和CKM混合角。
• 上夸克和下夸克质量的微小性源于靠近几何对称点的膜构型，该构型诱导了近似全局对称性。
• CP破坏源自非零的U(1)威尔逊线背景，该背景在Yukawa耦合中生成复相位。
• 当紧致半径接近弦尺度时，Jarlskog不变量J被重现为实验值(3.0±0.3)×10⁻⁵。
• 观测到的谱与经膜平移变形的Pati-Salam对称构型一致，该变形破缺了对称性并生成了观测到的质量层次。
• 该模型表明，上夸克与下夸克质量层次的反转是由膜位移引起，而非仅靠指数抑制。