[论文解读] Masses by gauge flavor dynamics

P. Beneš, Jiří Hošek+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于渐近自由的 SU(3)₆ 规范对称性的味物理动力学模型，该模型通过自发对称性自发破缺生成费米子质量并触发电弱对称性自发破缺。仅通过一个自由参数——味耦合常数，该模型唯一地预测了费米子质量比、惰性中微子以及类轴子粒子，这些均为可行的暗物质候选者。

ABSTRACT

We gauge the experimentally observed flavor (family) index of chiral lepton and quark fields and argue that the resulting non-vectorial SU(3)_F dynamics completely self-breaks. This breakdown generates fermion masses, which in turn trigger electroweak symmetry breaking (EWSB). Suggested asymptotically free dynamics with an assumed non-perturbative infrared fixed point has just one free parameter and is therefore either right or plainly wrong. Weak point of field theories strongly coupled in the infrared, unfortunately, is that there is no reliable way of computing their spectrum. Because of its rigidity the model provides, however, rather firm theoretically safe experimental predictions without knowing the spectrum: First, anomaly freedom fixes the neutrino sector which contains almost sterile neutrino states. Second, global symmetries of the model, spontaneously broken by fermion masses imply the existence of a fixed pattern of (pseudo-)axions and (pseudo-)majorons. It is gratifying that the predicted both sterile neutrinos and the pseudo-Nambu--Goldstone bosons are the viable candidates for dark matter.

研究动机与目标

• 通过基于规范味对称性的动力学机制，解释费米子质量生成与电弱对称性破缺。
• 通过在红外固定点附近临界标度与顶夸克质量的关联，推导出电弱能标，从而解决层次问题。
• 在强耦合的非阿贝尔规范理论中，仅引入最少的新物理，确保异常消除与渐近自由。
• 通过费米子质量导致的全局对称性自发破缺，预测可行的暗物质候选者——惰性中微子与类轴子粒子。

提出的方法

• 将手征费米子的味（家族）量子数规范，形成具有单一耦合常数 h 的 SU(3)₆ 规范对称性。
• 假设 SU(3)₆ 动力学具有渐近自由性，并在红外区自发对称性破缺，生成八种味胶子的质量。
• 通过左右手费米子之间非微扰的大有效味荷交换，动态生成费米子质量。
• 将手征费米子分配至 SU(3)₆ 的基础表示或共轭基础表示，以实现对称性破缺并产生质量差异。
• 通过引入右手中微子在特定 SU(3)₆ 表示中，确保异常消除，其条件为 η_AF < 9。
• 将电弱对称性破缺作为费米子质量生成的后果，将 W 与 Z 玻色子质量与费米子自能关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 电弱对称性破缺是否可由规范味对称性的自发破缺动态产生，而非源于基本的希格斯标量？
• RQ2 在具有三个家族的非阿贝尔 SU(3)₆ 味规范理论中，为消除异常，所需的最少右手中微子数量是多少？
• RQ3 一个单参数、渐近自由的规范理论如何生成观测到的费米子质量谱与电弱能标？
• RQ4 费米子质量导致的全局对称性破缺，对伪诺姆-戈尔登玻色子的存在及其作为暗物质的角色有何影响？
• RQ5 该模型所预测的惰性中微子与类轴子粒子是否可作为可行的暗物质候选者？

主要发现

• 该模型通过非微扰的味胶子交换动态生成所有费米子质量，顶夸克质量决定了电弱能标。
• 异常消除要求恰好添加 3 或 5 个右手中微子三重态，或等效组合，以抵消异常系数。
• 该模型预测了有限数量的异常消除且渐近自由的构型，其中 η_AF < 9 限制了新费米子的数量。
• 由费米子质量导致的全局对称性自发破缺，产生固定模式的（伪）轴子与（伪）马约拉纳玻色子。
• 惰性中微子与伪诺姆-戈尔登玻色子被预测为可行的暗物质候选者，与宇宙学约束一致。
• 该模型唯一的自由参数——味耦合常数 h，唯一地决定了所有费米子质量比，因此可通过高精度质量测量进行证伪。