[论文解读] Fermion localization and flavour hierarchy in higher curvature spacetime

Sayantan Choudhury, Joydip Mitra+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2015

Black Holes and Theoretical Physics被引用 4

一句话总结

本文提出，在标量-耦合高斯-邦内特引力的膜世界模型中，费米子在可见膜上的局域化自然地解决了味层次问题，而无需引入外部体场。高阶曲率项与标量场耦合，生成一个势能，使左手费米子模局域化，为标准模型中的费米子质量层次提供了几何起源。

ABSTRACT

Fermion localization in a braneworld model in presence of dilaton coupled higher curvature Gauss-Bonnet bulk gravity is discussed. It is shown that the left handed fermionic modes can be localized on the visible brane due to the dilaton coupled higher curvature term without the necessity of any external localizing bulk field. This offers a natural resolution of the flavour hierarchy problem in Standard Model.

研究动机与目标

• 为解决标准模型中费米子质量跨度多个数量级的味层次问题。
• 探讨高阶曲率引力项（特别是高斯-邦内特耦合）是否能自然地将费米子局域化在可见膜上。
• 研究标量场在不引入额外体场的情况下对费米子局域化的角色。
• 提供一种避免微调或人为假设的费米子质量生成几何机制。

提出的方法

• 构建一个包含与高斯-邦内特不变量耦合的标量场的5D体空间的膜世界模型。
• 通过求解存在标量场和高斯-邦内特项时的5D狄拉克方程，推导出有效的4D费米子作用量。
• 分析零模波函数分布，以确定其在膜上的局域化行为。
• 证明标量场分布与高斯-邦内特项之间的相互作用生成一个势阱，将左手费米子束缚在膜上。
• 证明该局域化机制不依赖于额外的体标量场或规范场，具有鲁棒性。
• 利用所得波函数提取有效4D费米子质量，并与观测值进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 当高斯-邦内特项与标量场耦合时，其在体引力作用量中是否能导致左手费米子在可见膜上的局域化？
• RQ2 引入高阶曲率项是否消除了对额外体场以实现费米子局域化的需要？
• RQ3 所得到的费米子质量谱是否能自然地再现标准模型中观测到的味层次？
• RQ4 标量场分布如何影响费米子局域化有效势的形状？
• RQ5 该局域化机制在体几何和耦合参数变化下是否稳定且鲁棒？

主要发现

• 标量-耦合高斯-邦内特项在5D体空间中生成一个势阱，有效将左手费米子零模局域化在可见膜上。
• 该局域化无需任何额外的体场（如标量场或规范场），提供了一种纯粹的几何机制。
• 有效4D费米子质量由零模波函数的形状决定，其受标量场与高斯-邦内特项相互作用的调控。
• 由于额外维中波函数重叠的指数抑制，该模型自然产生了费米子质量的层次结构。
• 该机制与观测到的费米子质量谱一致，为味层次问题提供了几何解释。
• 该局域化机制在标量场和曲率耦合参数的小扰动下保持稳定，表明其机制具有鲁棒性。