[论文解读] How Neutrino and Charged Fermion Masses Are Connected Within Minimal Supersymmetric SO(10)

Borut Bajc, Goran Senjanović+1 more|ArXiv.org|Oct 24, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用 17

一句话总结

该论文提出了一种最小的超对称SO(10)大统一模型，仅通过可重整化的Yukawa耦合统一了带电费米子和中微子的质量。通过利用126-plet的单态、双态和三重态分量，该模型解释了第二代和第三代费米子质量的层次结构，预测了较大的大气混合角（θ₂₃ ≈ 45°），并建立了中微子质量与夸克混合（Vcb）之间的关联，成功在简洁且具有预测能力的框架内重现了观测到的费米子质量模式和中微子振荡数据。

ABSTRACT

Massive neutrinos are a generic prediction of SO(10), and models of unification cry for supersymmetry. Since we have a rather detailed information on neutrino and charged fermion masses, the real question is: how/whether it is possible to build a SO(10) supersymmetric model, that correctly incorporates fermion masses. We show that a simple construction is possible in the context of a minimal theory. We concentrate on the two heaviest generations, discuss the predictions of the model, and briefly comment on open questions.

研究动机与目标

• 构建一个最小的超对称SO(10)大统一模型，正确包含观测到的带电费米子和中微子质量。
• 仅通过可重整化Yukawa耦合解释第二代和第三代费米子质量的层次结构。
• 在统一框架内探索中微子质量与夸克混合参数（如Vcb）之间的关联。
• 通过中微子振荡参数和费米子质量的实验约束检验该模型的可行性。

提出的方法

• 该模型利用126-plet希格斯表示生成Dirac质量和Majorana质量，其分量（单态S、三重态Δ和双态φ′u、φ′d）在费米子质量生成中发挥不同作用。
• 带电费米子质量通过10-plet和126-plet Yukawa耦合的组合生成，MSSM希格斯场被识别为φu，以及φd和φ′d的线性组合。
• Yukawa耦合矩阵通过使用单圈跑动的规范群方程将MSSM Yukawa耦合外推至GUT尺度来约束。
• 中微子质量主要来自126-plet的三重态分量（Δ），导致中微子质量矩阵具有主导的块结构。
• 该模型假设一个简单对应关系：Yu ≈ Y(10)，Yd ≈ Y(10) + εY(126)，Ye ≈ Y(10) - 3εY(126)，将MSSM与SO(10)耦合联系起来。
• 该模型预测了(Mν)₂₂、(Mν)₂₃与Vcb之间的关联，从而约束了大气混合角和质量顺序。

实验结果

研究问题

• RQ1 一个最小的超对称SO(10)大统一模型是否能仅通过可重整化耦合重现第二代和第三代费米子的观测质量与混合？
• RQ2 中微子质量参数（Δm²₃₁、Δm²₂₁、θ₂₃、θ₁₃）如何与126-plet的Yukawa耦合相关联？
• RQ3 该模型对大气混合角θ₂₃和中微子质量顺序施加了何种约束？
• RQ4 该模型能否在一个统一框架内解释带电费米子质量的观测层次（如mb ≈ mt，μ ≈ s）？
• RQ5 126-plet的三重态和单态分量在生成观测到的中微子质量谱中起什么作用？

主要发现

• 该模型在GUT尺度上成功重现了第三代费米子质量，Y(10)₃₃ ≈ 0.94，需取较大的tanβ ≈ 55.4以实现yt = yb = yτ。
• 第二代质量通过εY(126)₂₂ ≈ 1.4×10⁻²解释，与126-plet主导μ和s质量的假设一致。
• 粲夸克质量由Y(10)₂₂ ≈ 1.8×10⁻³解释，小于126-plet贡献，表明Yukawa矩阵中存在层次结构。
• Cabibbo角通过εY(126)₂₃ ≈ 2.7×10⁻²重现，将夸克混合与126-plet结构联系起来。
• 该模型在中微子质量矩阵中预测了主导的块结构，导致θ₂₃ ∈ [35°, 55°]，且m₂²/m₃² ∈ [1/250, 1/3]，与LMA太阳中微子解一致。
• 该模型偏好太阳中微子的弱质量顺序，并预测质量顺序参数m₂²/m₃²与当前对θ₂₃和Δm²₂₁的实验约束相容。