[论文解读] Asymptotically safe extensions of the Standard Model with flavour phenomenology

Gudrun Hiller, Clara Hormigos-Feliu+2 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2019

Risk and Safety Analysis参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文提出通过向标准模型引入矢量型费米子和单态标量，并通过与标准模型轻子的Yukawa耦合，实现渐近安全的扩展，借助弱相互作用的固定点实现紫外完成。研究显示，标量 sector 中的手征增强效应可产生显著的新物理贡献，解释电子和μ子磁矩反常的实验偏差，尤其对μ子g−2的偏差具有解释力。

ABSTRACT

We investigate asymptotically safe extensions of the Standard Model with new matter fields arising in the TeV energy range. The new sector contains singlet scalars and vector-like fermions in representations which permit Yukawa interactions with the Standard Model leptons. Phenomenological implications are explored including charged lepton flavour violation, Drell-Yan processes and lepton anomalous magnetic moments. For the latter, we find that BSM contributions can be sizeable enough to explain the present experimental discrepancies of the electron and muon anomalous magnetic moments with the Standard Model.

研究动机与目标

• 通过新的Yukawa相互作用构建标准模型的紫外完备扩展，实现渐近安全。
• 探索这些模型的物理解释，包括带电轻子味破坏和反常磁矩。
• 确定新物理贡献是否能解释电子和μ子反常磁矩观测到的偏差。
• 识别在TeV尺度与标准模型一致且保持渐近安全的可行参数区域。

提出的方法

• 引入在SM规范群下变换、超荷YF = −1的矢量型费米子和单态标量，实现与SM轻子的可重整化Yukawa耦合。
• 构建包含耦合κ和κ′的Yukawa拉格朗日量，允许SM与BSM场之间的混合，包括耦合中的味结构。
• 在圈展开的二阶精度内推导跑动方程，以识别固定点和紫外-红外连接轨迹。
• 利用固定点结构约束BSM参数，确保渐近安全并实现与1 TeV处SM的匹配。
• 计算轻子反常磁矩的贡献，包括重费米子线中手征翻转机制导致的增强。
• 分析Drell-Yan过程和电弱精确测量可观测量，以约束BSM尺度MF和耦合强度。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有新Yukawa相互作用的渐近安全标准模型扩展是否能解释电子和μ子反常磁矩观测到的偏差？
• RQ2 标量混合和真空期望值在增强轻子磁矩新物理贡献中起什么作用？
• RQ3 带电轻子味破坏过程如何约束模型的参数空间？
• RQ4 哪些可行的紫外-红外连接轨迹可使模型在1 TeV处与标准模型匹配？

主要发现

• 该模型通过弱相互作用的紫外固定点实现渐近安全，其Yukawa耦合在紫外深处的量级为O(0.1)。
• 在1 TeV处与标准模型匹配是可能的，此时ακ, ακ′ ≈ 3×10⁻³，而Yukawa耦合y可在所有能标下为零。
• μ子反常磁矩获得与M_F / m_μ × sin 2β成正比的手征增强贡献，当MF = 1 TeV且|β| ≈ 0.01时，可解释g−2偏差。
• 在V⁻真空构型中，仅S₂₂获得真空期望值，μ子g−2贡献被增强约M_F / m_μ × sin 2β倍，可与实验数据一致。
• 在V⁺真空构型中，所有VEV均等，通过引入抑制的电子耦合ε ≈ −0.05，可同时解释Δaₑ和Δaμ。
• 带电轻子味破坏过程如μ→eγ的振幅被增强约(MF / m_μ)² × sin²2β倍，导致严格约束：κκ′/16π² ≤ O(10⁻⁹)。