[论文解读] Kaluza-Klein decomposition and gauge coupling unification in orbifold GUTs

Масуд Чайчиан, Archil Kobakhidze|ArXiv.org|Aug 13, 2002

Black Holes and Theoretical Physics被引用 8

一句话总结

本文研究了在固定点处具有局域化动能项的5D超对称 orbifold GUT 中的Kaluza-Klein (KK) 模式分解，表明此类项会显著改变KK质量谱和相互作用。关键结果是，Higgs场和物质场动能项的不确定性会导致强规范耦合预测出现不可控的大修正，严重削弱了该模型的预测能力，尽管其具有 gauge 耦合统一和质子稳定等吸引人的现象学特性。

ABSTRACT

We discuss Kaluza-Klein (KK) decomposition in 5-dimensional (5D) field theories with orbifold compactification. Kinetic terms localized at orbifold fixed points, which are inevitably present in any realistic model, modify the standard KK mass spectrum and interactions of KK modes. This, in turn, can significantly affect phenomenology of the orbifold models. As an example, we discuss gauge coupling unification in N=1 supersymmetric 5D orbifold SU(5) model. We have found that uncertainties in the predictions of the model related to modification of the KK masses are large and essentially uncontrollable.

研究动机与目标

• 分析orbifold固定点处的局域化动能项对5D场论中Kaluza-Klein模分解的影响。
• 评估此类项对orbifold GUT中KK质量谱和相互作用的影响。
• 评估在现实的5D N=1超对称 SU(5) GUT 模型中，此类项对规范耦合统一的影响。
• 确定当引入Higgs和物质场的局域化动能项时，该模型是否仍具有预测能力。
• 确定局域化动能项中未知参数所引入的紫外敏感性的程度。

提出的方法

• 使用5D有效场论推导在orbifold固定点处存在局域化动能项时的修正Kaluza-Klein分解。
• 构建一个包含物质场和Higgs场在体中、规范场位于固定点的现实5D N=1超对称 SU(5) GUT 模型。
• 计算KK模对规范耦合演化的一圈修正，结合由局域化动能项引起的修正质量谱。
• 引入无量纲参数 r1 和 r2 以量化Higgs场和物质场动能项的相对强度。
• 通过数值例子评估 α3(MZ) 对 r 因子变化的敏感性，特别是对Higgs和物质场的 r 因子。
• 通过分析对紧化尺度和规范耦合统一可能的修正范围，评估该模型的预测能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 orbifold固定点处的局域化动能项如何改变5D orbifold GUT中Kaluza-Klein质量谱和相互作用？
• RQ2 Higgs和物质场的局域化动能项在多大程度上影响5D SU(5) GUT中规范耦合统一的预测？
• RQ3 当Higgs和物质场的 r 因子未知时，是否能可靠预测强规范耦合常数 α3(MZ)？
• RQ4 在规范耦合统一的背景下，不可控的 r 因子引入的不确定性量级有多大？
• RQ5 尽管存在来自局域化动能项的较大不确定性，该模型是否仍能保持现象学上的可行性？

主要发现

• orbifold固定点处的局域化动能项显著改变了Kaluza-Klein质量谱和相互作用，使标准KK分解失效。
• 由于 r 因子引起的紧化尺度修正可达 δln(Mc/MZ) ≈ 1.38η，当 η=1 时 Mc ≈ 6×10^15 GeV，当 η=2 时 Mc ≈ 2.4×10^16 GeV。
• 当 η=2 且 r 因子 x1=x2=1 时，α3(MZ) 的预测值降低至约 0.162，显著低于实验值 ~0.118。
• 当 ξ1<<1 且 ξ2>>1 时，α3(MZ) 的修正会改变符号，并可大幅降低预测的耦合强度，表明对 r 因子具有极大敏感性。
• Higgs和物质场 r 因子的不确定性通常极大且不可控，导致该模型对规范耦合统一的预测不可靠。
• 由于与局域化动能项相关的不可计算参数所引起的紫外敏感性，该模型的预测能力从根本上被破坏。