[论文解读] A SUSY SU(6) GUT model with Pseudo-Goldstone Higgs Doublets

A. E. Cárcamo Hernández, Rakibur Rahman|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2010

Black Holes and Theoretical Physics参考文献 24被引用 3

一句话总结

该论文提出了一种超对称的 SU(6) 大统一理论（GUT），通过在平坦的额外维空间中引入规范不守恒的希格斯场，在膜上实现希格斯双态作为伪诺姆-戈尔登玻色子（PNGBs）。通过将希格斯多重态局域在不同的膜上，该模型在微扰理论的所有阶次中自动保护全局对称性，从而实现双态-三重态分裂，自然地使希格斯双态保持轻量，而三重态保持高能。关键成果是通过局域的 Yukawa 耦合和受抑制的高维算符，实现了具有层级质量与混合角的现实费米子质量模式。

ABSTRACT

We present a novel way of realizing the pseudo-Nambu-Goldstone boson mechanism at all orders in perturbation theory, for the doublet-triplet splitting in supersymmetric grand unified theories. The global symmetries of the Higgs sector are attributed to a non-vectorlike Higgs content, which is consistent with unbroken supersymmetry in a scenario with flat extra dimensions and branes. We also show how in such a model one can naturally obtain a realistic pattern for the Standard Model fermion masses and mixings.

研究动机与目标

• 在无微调的前提下解决超对称 GUT 中的双态-三重态分裂（DTS）问题。
• 在微扰理论的所有阶次中实现希格斯双态作为伪诺姆-戈尔登玻色子（PNGBs）。
• 在超对称 SU(6) GUT 框架内构建标准模型费米子质量与混合的现实模型。
• 通过利用平坦额外维中膜局域的希格斯场，确保真空中未破缺的超对称性。
• 自然地抑制可能破坏 PNGB 机制的希格斯场之间的危险交叉耦合。

提出的方法

• 在具有一条额外维度的平坦 5D 时空中，利用非向量化的希格斯内容，将手征多重态局域在不同的膜上。
• 在希格斯场部分施加全局对称性 SU(6)Σ × SU(6)Φ，该对称性自发破缺为 SU(4)c × SU(2)L × U(1) × SU(5)，从而产生紧凑的平坦方向。
• 轻量的希格斯双态作为来自 Σ 和 Φ/Φ̄ 多重态场的线性组合的零模式出现，受全局对称性保护。
• 通过膜局域化，强制禁止如 ΦΣΦ̄ 这类交叉耦合项出现在超势中，从而防止全局对称性的显式破缺。
• 费米子质量通过局域 Yukawa 耦合生成，并由高维算符抑制，其中顶夸克通过 SU(6) 的 20 重态获得 O(1) 耦合。
• 该模型确保 gauge 耦合统一，并维持正确的电弱对称性自发破缺尺度，其中轻量希格斯主要来源于 Σ 多重态。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在无微调的前提下解决超对称 GUT 中的双态-三重态分裂问题？
• RQ2 能否在微扰理论的所有阶次中实现希格斯双态作为伪诺姆-戈尔登玻色子？
• RQ3 如何在超对称 SU(6) GUT 中生成标准模型费米子质量与混合的现实模式？
• RQ4 何种机制可确保希格斯场之间危险交叉耦合的缺失，以避免破坏 PNGB 机制？
• RQ5 能否在保持正确电弱对称性自发破缺模式的同时，保持真空中未破缺的超对称性？

主要发现

• 希格斯双态被识别为真空中紧凑平坦方向的产物，受全局对称性 SU(6)Σ × SU(6)Φ 保护，作为伪诺姆-戈尔登玻色子。
• 该模型实现了自然的双态-三重态分裂：电弱希格斯双态保持轻量（≈100 GeV），而色三重态伙伴则保持高能（≈10^16 GeV），无需微调。
• 轻量希格斯双态主要由 Σ 多重态组成，混合参数 φ > σ，与成功预测的 sin²θW 一致。
• 通过膜局域化，强制禁止如 ΦΣΦ̄ 这类交叉耦合，从而自动保护全局对称性，防止其显式破缺。
• 该模型生成了现实的费米子质量谱：顶夸克获得 O(1) 的 Yukawa 耦合，而较轻的费米子则来自受抑制的高维算符。
• 第一代费米子质量，特别是电子，通过多个同阶贡献的温和抵消生成，得到小但一致的质量。