[论文解读] Impact of Unparticles on Asymptotic Freedom and Unification of Gauge Couplings

Yi Liao|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 54被引用 15

一句话总结

本文研究了未粒子——假想的标度不变性规范——如何在量子场论中修改规范耦合的跑动行为。研究表明，具有标度维数 d 的标量未粒子对 beta 函数的贡献相对于标准标量粒子具有 (2−d) 的因子，使得 d>2 的未粒子能够增强渐近自由性并改变统一尺度；例如，三个具有 d≈2.5 的未粒子处于伴随表示时，可使标准模型耦合在 ∼8×10¹² GeV 的能量下统一，远低于超对称尺度。

ABSTRACT

Unparticles charged under a gauge group can contribute to the running of the gauge coupling. We show that a scalar unparticle of scaling dimension d contributes to the \beta function a term that is (2-d) times that from a scalar particle in the same representation. This result has important implications on asymptotic freedom and unification of gauge couplings. An unparticle with d>2, in contrast to its matter counterpart, can speed up the approach to asymptotic freedom for a non-Abelian gauge theory and has the tendency to make an Abelian theory also asymptotically free. For not spoiling the excellent agreement of the standard model (SM) with precision tests, the infrared cut-off of such an unparticle would be high but might still be reachable at colliders such as LHC and ILC. Furthermore, it can significantly modify the unification pattern of the SM gauge couplings. For instance, with 3 scalar unparticles of d\sim 2.5 in the adjoint representation of the strong gauge group but neutral under the electroweak one, the three gauge couplings would unify at a scale of \sim 8 imes 10^{12} GeV, which is several orders of magnitude below the supersymmetric unification scale.

研究动机与目标

• 探讨未粒子对非阿贝尔与阿贝尔规范理论中规范耦合跑动的影响。
• 确定未粒子贡献如何影响渐近自由性与规范耦合统一。
• 评估未粒子是否能在改变统一尺度的同时保持与标准模型精确电弱测试的一致性。
• 评估高红外截断未粒子在大型强子对撞机或国际线性对撞机中可能被探测的对撞机可行性。

提出的方法

• 推导具有标度维数 d 的标量未粒子对规范耦合 beta 函数的贡献。
• 将其与相同表示中标准标量粒子的贡献进行比较，表明存在 (2−d) 的因子差异。
• 分析引入未粒子贡献后规范耦合的修改跑动行为。
• 在假设未粒子为 SU(3)C 的伴随表示但为 SU(2)L×U(1)Y 的单态的前提下，计算加入未粒子后标准模型规范耦合的统一尺度。
• 利用跑动方程从低能到高能演化耦合常数，同时纳入未粒子效应。
• 通过要求与精确电弱测试一致以及对撞机探测能力，评估其现象学可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 与标准标量粒子相比，具有标度维数 d 的标量未粒子如何影响规范耦合的 beta 函数？
• RQ2 d>2 的未粒子是否可在非阿贝尔与阿贝尔规范理论中诱导或增强渐近自由性？
• RQ3 未粒子对标准模型规范耦合统一尺度有何影响？
• RQ4 未粒子是否能在降低统一尺度的同时保持与精确电弱测量的一致性？
• RQ5 高红外截断未粒子的对撞机探测范围如何？

主要发现

• 具有标度维数 d 的标量未粒子，相对于相同表示中的标准标量粒子，对 beta 函数的贡献具有 (2−d) 的因子。
• d>2 的未粒子可增强渐近自由性，使非阿贝尔理论更快趋近自由，并可能使阿贝尔理论也变为渐近自由。
• d>2 的未粒子可显著降低标准模型规范耦合的统一尺度，远低于超对称尺度。
• 当三个标量未粒子的 d≈2.5 处于 SU(3)C 的伴随表示但对电弱群为中性时，三个标准模型规范耦合在约 8×10¹² GeV 处统一。
• 此类未粒子的红外截断必须足够高，才能与精确测试保持一致，但它们在大型强子对撞机或国际线性对撞机等对撞机中仍可能被探测到。