[论文解读] Electroweak and Majorana Sector Higgs Bosons and Pseudo-Nambu-Goldstone Bosons

Wei Lu|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 48被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于 Clifford 代数的模型，统一了引力与杨-米尔斯规范相互作用，引入了两个玻色子扇区：一个电弱扇区通过希格斯机制生成费米子质量，一个马约拉纳扇区负责味混合和右手中微子质量。LHC 在 750 GeV 处观测到的双光子共振可能源于一个涉及右手中微子和夸克四费米子凝聚的味相关全局 U(1) 对称性的自发性自发性破缺所产生的伪 Nambu-Goldstone 玻色子，其双光子衰变在树图层次被抑制，但可通过量子圈过程产生。

ABSTRACT

We propose a Clifford algebra based model, which treats both gravity and Yang-Mills interactions as gauge fields. There are two sectors of boson fields as electroweak and Majorana bosons. The electroweak boson sector induces fermion masses via spontaneous symmetry breaking. It is composed of scalar Higgs, pseudoscalar Higgs, and antisymmetric tensor components. The Majorana boson sector contributes to flavor mixing and Majorana masses of right-handed neutrinos. It is comprised of neutrino Higgs and pseudo-Nambu-Goldstone bosons. The LHC 750 GeV diphoton resonance might possibly be identified as a Majorana sector pseudo-Nambu-Goldstone boson, which results from spontaneous symmetry breaking of a flavor-related global U(1) symmetry involving four-fermion condensation of right-handed leptons and quarks. The diphoton decay is loop induced, since tree-level decay is suppressed by large Majorana mass of the right-handed neutrino. There is also a potential dark matter candidate, which is the four-lepton condensation of muon, muon-neutrino, tau, and tau-neutrino.

研究动机与目标

• 基于 Clifford 代数 $C\!\ell_{0,6} \oplus C\!\ell_{T1}$ 构建一个统一的规范场论，统一引力与杨-米尔斯相互作用。
• 通过两个独立的玻色子扇区（电弱与马约拉纳）解释费米子质量的生成与味混合。
• 将 LHC 在 750 GeV 处观测到的双光子共振解释为与味相关的全局 U(1) 对称性自发破缺所产生的伪 Nambu-Goldstone 玻色子。
• 通过右手中微子与夸克的四费米子凝聚识别复合暗物质候选者，特别是涉及缪子与陶子轻子的系统。
• 探讨动力学对称性破缺与复合态在生成马约拉纳质量与标准模型之外新共振态中的作用。

提出的方法

• 该模型采用 Clifford 代数框架，利用六维空间类向量与三向量定义时空与内部对称性，嵌入 $SO(1,3)_{LOR} \otimes SU(2)_{WL} \otimes U(1)_{WR} \otimes U(1)_{B-L} \otimes SU(3)_{C}$ 规范对称性。
• 费米子通过 $C\!\ell_{0,6}$ 中旋量的幂等投影来描述，手征性由算符 $P_\pm = \frac{1}{2}(1 \pm \Gamma_0\Gamma_3)$ 定义。
• 电弱扇区包含标量、赝标量与反对称张量希格斯场，通过真空期望值（VEVs）实现对称性破缺，从而生成费米子质量。
• 马约拉纳扇区包含一个中微子希格斯场与伪 Nambu-Goldstone 玻色子（pNGBs），源于右手中微子与夸克四费米子凝聚所涉及的全局 U(1) 对称性的自发破缺。
• pNGB 的双光子衰变因右手中微子的大马约拉纳质量而受到抑制，属于圈图修正，与 LHC 共振数据一致。
• 暗物质候选者被识别为稳定且为规范 singlet 的四费米子凝聚，如 $\bar{\nu}_{\mu R}\tau_R\bar{\nu}_{\tau R}\mu_R$，其弱相互作用且稳定。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC 在 750 GeV 处观测到的双光子共振是否可被解释为与味相关的全局 U(1) 对称性自发破缺所产生的伪 Nambu-Goldstone 玻色子？
• RQ2 右手中微子与夸克的四费米子凝聚如何生成可能解释双光子共振的复合态？
• RQ3 马约拉纳玻色子扇区在生成味混合与右手中微子马约拉纳质量方面起什么作用？
• RQ4 Clifford 代数结构 $C\!\ell_{0,6} \oplus C\!\ell_{T1}$ 如何在保持手征费米子结构的同时统一引力与规范相互作用？
• RQ5 该模型中可行的暗物质候选者是什么？它们如何通过四费米子凝聚产生？

主要发现

• LHC 在 750 GeV 处观测到的双光子共振被提议为右手中微子与夸克四费米子凝聚所涉及的味相关全局 U(1) 对称性自发破缺所产生的伪 Nambu-Goldstone 玻色子。
• 该共振的双光子衰变因右手中微子的大马约拉纳质量而受到抑制，属于圈图修正，解释了其窄宽度与高双光子衰变率。
• 马约拉纳玻色子扇区（由中微子希格斯场与 pNGBs 组成）提供了一种机制，通过规范对称性自发破缺实现味混合，并生成右手中微子的马约拉纳质量。
• 该模型识别出稳定、规范 singlet 的四费米子凝聚（如 $\bar{\nu}_{\mu R}\tau_R\bar{\nu}_{\tau R}\mu_R$）作为主要暗物质候选者，因其不与规范场直接耦合。
• 电弱扇区通过标量与赝标量希格斯分量，借助对称性自发破缺诱导费米子质量，与标准模型中的希格斯机制一致。
• 该模型的 Clifford 代数基础支持左、右手中微子的局部洛伦兹对称性，暗示其可能扩展为左-右对称的引力与规范结构，超越标准模型。