[论文解读] Beyond the standard model with six-dimensional spacetime

David Chester, Michael Rios+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用 7

一句话总结

本文提出一个具有 SO(3,3) 对称性的六维时空框架，可自然地编码三代物质及希格斯玻色子候选者。通过将对称性群约化至 SO(4,2) 或 SO(2,2) 等子群，该框架实现了帕蒂-萨拉姆理论、SU(5) 和 SO(10) 大统一理论，从而在一个更高维的统一几何框架内，为多种大统一模型提供了统一的几何起源。

ABSTRACT

6D spacetime with $SO(3,3)$ symmetry is utilized to efficiently encode three generations of matter. A graviGUT model is generalized to a class of models that all contain three generations and Higgs boson candidates. Pati-Salam, $SU(5)$, and $SO(10)$ grand unified theories are found when a single generation is isolated. For example, a $SO(4,2)$ spacetime group may be used for conformal symmetry, $AdS_5 ightarrow dS_4$, or simply broken to $SO(3,1)$ of Minkowski space. Another class of models finds $SO(2,2)$ and can give $AdS_3$.

研究动机与目标

• 开发一个高维几何框架，自然容纳三代费米子与希格斯玻色子候选者。
• 在一个理论结构内统一多种大统一理论（GUTs），如帕蒂-萨拉姆理论、SU(5) 和 SO(10)。
• 探讨时空对称性群如 SO(4,2) 和 SO(2,2) 如何通过对称性破缺导致 de Sitter 4 时空或 AdS3 时空等物理时空几何。

提出的方法

• 利用具有 SO(3,3) 洛伦兹对称性的六维时空，编码三代物质与希格斯玻色子候选者。
• 通过将 SO(3,3) 对称性破缺至 SO(4,2) 等子群，实现共形对称性并诱导出 dS4 时空。
• 利用 SO(2,2) 子群生成 AdS3 时空，将高维几何与低维物理模型联系起来。
• 通过从完整六维结构中分离出单一代，实现帕蒂-萨拉姆、SU(5) 和 SO(10) 大统一理论。
• 构建一类 graviGUT 模型，其中物质世代与规范群的统一源于几何约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 具有 SO(3,3) 对称性的六维时空如何自然地编码三代物质与希格斯玻色子候选者？
• RQ2 当 SO(3,3) 对称性被破缺至 SO(4,2) 或 SO(2,2) 等子群时，会涌现出哪些物理时空几何（如 dS4、AdS3）？
• RQ3 帕蒂-萨拉姆理论、SU(5) 和 SO(10) 大统一理论能否作为单一六维几何框架下的子理论被导出？
• RQ4 共形对称性在六维模型中扮演什么角色？它与 dS4 时空的涌现有何关联？
• RQ5 如何通过从六维结构中分离出单一代，实现已知的大统一理论模型？

主要发现

• 具有 SO(3,3) 对称性的六维时空成功地在统一的几何结构中编码了三代物质与希格斯玻色子候选者。
• 将 SO(3,3) 破缺至 SO(4,2) 可实现共形对称性，并诱导出 dS4 时空，将高维几何与德西特空间联系起来。
• 六维模型中的子群 SO(2,2) 产生 AdS3 时空，暗示其与低维引力理论的关联。
• 从六维框架中分离出单一代，可重现帕蒂-萨拉姆、SU(5) 和 SO(10) 大统一理论作为子理论。
• 该模型为多种 GUT 提供了统一的几何起源，暗示存在一个深层的统一结构，可统一各种统一方案。