[论文解读] A Road to the Standard Grand Unified Theory

Nobuhiro Maekawa|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 4

一句话总结

该论文提出了一种自然的 SO(10) 大统一理论（GUT）框架，其中通过 Dimopoulos-Wilczek 机制实现双态-三重态分裂，从而获得具有双最大中微子混合的现实夸克和轻子质量矩阵。包含所有对称性允许的相互作用并固定 U(1)_A 电荷分配，唯一确定了所有质量标度，包括大统一标度和超重粒子质量，在 E_6 延拓中自动抑制了味改变中性流。

ABSTRACT

In this talk, we propose a GUT scenario in which doublet-triplet splitting is naturally realized in SO(10) unification using the Dimopoulos-Wilczek mechanism and the realistic mass matrices of quarks and leptons are obtained in a simple way. For the neutrino sector, bi-maximal neutrino mixing angles are realized. Moreover, the generic interaction is allowed, namely, all the terms which are allowed by the symmetry are included in the scenario. Therefore, once we fix the integer number charges of the anomalous U(1)_A symmetry, which plays an essential role in the scenario, all the scales, GUT breaking scale, mass scales of superheavy particles, are determined. The scenario can be extended into E_6 unification, in which a condition for suppression of flavor changing neutral current (FCNC) is automatically satisfied.

研究动机与目标

• 在 SO(10) 框架内构建一个现实的大统一理论，自然实现双态-三重态分裂。
• 实现具有双最大中微子混合角的现实夸克和轻子质量矩阵。
• 通过异常 U(1)_A 对称性的整数电荷分配，唯一确定所有质量标度。
• 将该框架扩展至 E_6 统一，同时自动抑制味改变中性流（FCNC）。
• 确保包含所有对称性允许的相互作用，使模型在结构上具有预测性且最小化。

提出的方法

• 采用 Dimopoulos-Wilczek 机制，在 SO(10) GUT 中动态实现双态-三重态分裂。
• 利用具有固定整数电荷的 U(1)_A 对称性，约束真空期望值并固定所有质量标度。
• 在拉格朗日量中包含所有对称性允许的项，以确保框架的通用性和预测性。
• 构建能够重现观测到的费米子质量与混合模式的夸克和轻子质量矩阵。
• 将模型扩展至 E_6 统一，在此结构中，相同的 U(1)_A 结构自然抑制 FCNC。
• 将大统一标度和超重粒子质量作为 U(1)_A 电荷分配的直接结果推导而出。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在 SO(10) GUT 中自然实现双态-三重态分裂而不需微调？
• RQ2 何种机制可实现具有双最大中微子混合的现实夸克和轻子质量矩阵？
• RQ3 异常 U(1)_A 对称性的整数电荷如何确定模型中的所有质量标度？
• RQ4 包含所有对称性允许的相互作用是否能导致一个具有预测性且一致的 GUT 框架？
• RQ5 该模型的 E_6 延拓是否能自动抑制味改变中性流？

主要发现

• 双态-三重态分裂通过 SO(10) GUT 中的 Dimopoulos-Wilczek 机制自然实现。
• 获得了具有双最大中微子混合角的现实夸克和轻子质量矩阵。
• 所有质量标度，包括大统一标度和超重粒子质量，均由整数 U(1)_A 电荷分配唯一确定。
• 包含所有对称性允许的相互作用，使模型完全具有预测性，且除 U(1)_A 电荷外无自由参数。
• 该模型的 E_6 延拓自动满足抑制味改变中性流的条件。
• 模型的预测性和一致性由对称性结构和固定的 U(1)_A 电荷保证。