[论文解读] Mass Hierarchies vs. Proton Decay in MSSM Orientifold Compactifications

Mirjam Cvetič, James Halverson+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2009

Algebraic structures and combinatorial models被引用 6

一句话总结

本文利用定向的IIA型弦理论研究了MSSM类D-brane紧化中质量层次与质子衰变之间的相互作用。通过分析马德里嵌入中的五堆栈量子图，证明了当非微扰瞬子效应生成所需的Yukawa耦合而不引发危险的五维算符时，现实的质量层次可以与被抑制的质子衰变共存。

ABSTRACT

We review two systematic bottom-up analyses of MSSM quivers recently performed by the authors. We extend the analysis of arXiv:0905.3379 by including constraints arising from proton decay via dimension 5 operators and present all four-stack quivers in the Madrid embedding which satisfy this additional constraint. Furthermore, we investigate and make precise the interplay between mass hierarchies obtained via factorizable Yukawa textures and the presence of dimension 5 proton decay operators in MSSM orientifold compactifications. We discuss this issue in a five-stack quiver, first presented in arXiv:0909.4292, which exhibits proper mass hierarchies and no rapid proton decay.

研究动机与目标

• 在定向紧化中识别同时实现现实费米子质量层次并避免快速质子衰变的MSSM量子图构造。
• 分析D-brane瞬子（E2-瞬子）在生成微扰禁止的Yukawa耦合的同时，避免R-奇偶性破坏和大μ-项的作用。
• 确定生成狄拉克中微子质量的非微扰耦合是否也引发危险的五维质子衰变算符。
• 建立可分解Yukawa纹理与家族分裂机制在相交D-brane模型中与质子稳定性共存的条件。

提出的方法

• 系统性地扩展了先前关于四堆栈MSSM量子图的研究，纳入了五维质子衰变算符的约束。
• 应用马德里嵌入框架，对满足质子衰变约束的所有四堆栈量子图进行分类。
• 分析一个具有由E2-瞬子在Calabi-Yau流形中环绕不同三元胞腔生成的可分解Yukawa纹理的五堆栈量子图。
• 利用经典作用量 $ S^{\text{cl}}_{E2} $ 评估瞬子诱导耦合的抑制尺度，估计 $ \kappa' \sim e^{-S^{\text{cl}}_{E2}} \sim 10^{-14} \text{ 到 } 10^{-11} $。
• 评估生成狄拉克中微子质量所需的瞬子是否也诱导了 $ u_R u_R d_R E_R $ 质子衰变算符。
• 利用全局 $ U(1) $ 电荷守恒与零模式结构，确定哪些瞬子可对超势产生贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不通过五维算符触发快速质子衰变的情况下，构建具有现实质量层次的MSSM量子图模型？
• RQ2 生成必要Yukawa耦合的E2-瞬子在多大程度上也诱导了危险的质子衰变算符？
• RQ3 瞬子生成耦合的抑制因子在多大程度上影响质子衰变约束的可行性？
• RQ4 D-brane构型与瞬子交点模式的选择在确保质量层次与质子稳定性方面起什么作用？
• RQ5 一个瞬子能否同时生成狄拉克中微子质量与质子衰变算符？若能，其抑制程度是否足够以避免现象学冲突？

主要发现

• 本文提出的五堆栈量子图表现出适当的质量层次，顶夸克的质量显著高于其他MSSM费米子，符合现象学要求。
• 五维质子衰变算符 $ u_R u_R d_R E_R $ 由一个E2-瞬子生成，其抑制因子估计为 $ \kappa' \sim 10^{-14} \text{ 到 } 10^{-11} $，远低于质子寿命的上限，安全可靠。
• 生成狄拉克中微子质量所需的瞬子与诱导 $ u_R u_R d_R E_R $ 算符的瞬子相同，但其抑制程度足够防止快速质子衰变。
• 算符 $ q_L q_L q_L L $ 在微扰下不存在，且未被任何用于补充缺失Yukawa耦合的瞬子诱导，确保其不存在。
• 右手中微子不变换为 $ SU(3)_C $ 的反对称 $ \mathbf{\overline{3}} $ 表示，确保了两个危险的五维算符在微扰下被禁止，且不会被必要瞬子生成。
• 即使中微子质量项未被生成，该模型依然可行，因为此时质子衰变算符将完全不存在，进一步增强了稳定性。