[论文解读] CP phase from twisted Higgs VEV in extra dimension

Yukihiro Fujimoto, Kenji Nishiwaki+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 68被引用 12

一句话总结

该论文提出了一种新颖机制，通过在五维时空紧化于S1上的希格斯双重态上施加扭曲边界条件，生成CP相位，从而导致具有内在CP奇异性相位的坐标依赖真空期望值。该模型仅通过每代一个五维夸克生成态，自然地解释了夸克味结构、质量层次及CKM矩阵中的CP破坏，其中CP相位源于额外维度的几何结构，而非Yukawa耦合。

ABSTRACT

We propose a new mechanism to generate a CP phase originating from a non-trivial Higgs vacuum expectation value in an extra dimension. A twisted boundary condition for the Higgs doublet can produce an extra dimensional coordinate-dependent vacuum expectation value containing a CP phase degree of freedom. With this mechanism, we construct a phenomenological model on S1 which can naturally explain the origins of the fermion generations, the quark mass hierarchy and the structure of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrix with the CP phase. It is noted that the model contains only a single generation for each five-dimensional quark and hence the five-dimensional Yukawa couplings cannot be the origin of the CP phase. The three quark generations can arise in four-dimensions by introducing point interactions on the extra dimension. Our situation is phenomenologically-desirable since all the flavor structures are realized with good precision and almost all dimensionless parameters take values of natural O(10) magnitudes.

研究动机与目标

• 为标准模型中的CP相位提供一种几何起源，而不依赖于Yukawa耦合。
• 在高维框架下解释三个夸克世代、费米子质量层次及CKM矩阵结构的起源。
• 构建一个现象学上可行的模型，其中所有味结构均以精确且自然的O(1)无量纲参数产生。

提出的方法

• 在紧化的额外维度S1上为希格斯双重态引入扭曲边界条件。
• 在S1上构建一个仅每代包含一个五维夸克生成态的五维有效理论，避免通过Yukawa耦合直接生成CP相位。
• 在额外维度上引入局域化的点相互作用，以生成三个四维夸克世代。
• 从具有希格斯VEV中CP奇异性相位的五维理论推导出四维有效Yukawa耦合及CKM矩阵。
• 确保模型中所有无量纲参数的量级均为自然的O(1)，与现象学约束一致。
• 证明CP相位完全源于通过扭曲边界条件产生的额外维几何结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在高维模型中仅通过几何边界条件在CKM矩阵中生成CP相位？
• RQ2 在每代仅含一个五维夸克生成态的五维理论中，如何自然地解释夸克质量层次与味混合？
• RQ3 在额外维度上的点相互作用在生成三个四维夸克世代中起什么作用？
• RQ4 为何该模型中CP相位不由五维Yukawa耦合产生，而是通过其他方式生成？
• RQ5 该模型能否在所有无量纲参数均为O(1)且无需微调的情况下实现精确的味结构？

主要发现

• CP相位源于额外维中由扭曲边界条件诱导的坐标依赖希格斯真空期望值。
• 该模型仅通过每代一个五维夸克生成态，高精度地实现了观测到的夸克质量层次与CKM矩阵结构。
• 三个四维夸克世代源自额外维上的局域化点相互作用，而非五维Yukawa耦合。
• 模型中所有无量纲参数的量级均为自然的O(1)，避免了微调。
• CP相位由几何方式产生，与Yukawa相互作用无关，为味物理中的CP破坏提供了新机制。
• 该模型为五维紧化时空中的味与CP结构提供了自洽且现象学上可行的框架。