[论文解读] The spin-charge-family theory is explaining the origin of families, of the Higgs and the Yukawa couplings

N. S. Mankoč Borštnik|arXiv (Cornell University)|Nov 26, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

自旋-电荷族理论提出，费米子族的起源、希格斯机制和约旦耦合均源于14维时空中的统一框架，其中旋量与两种类型的旋量连接和 tetrad 相互作用。该理论预测存在四个可观测族（第四族可能在大型强子对撞机上被探测到），以及作为暗物质的稳定第五族，标准模型的希格斯粒子和约旦耦合作为多个伴随表示的标量场的低能有效表现而出现。

ABSTRACT

The spin-charge-family theory offers a possible explanation for the assumptions of the standard model - for the charges of a family members, for the gauge fields, for the appearance of families, for the the scalar fields - interpreting the standard model as its low energy effective manifestation. The spin-charge-family theory predicts at the low energy regime two decoupled groups of four families of quarks and leptons. The predicted fourth family waits to be observed, while the stable fifth family is the candidate to form the dark matter. The Higss and Yukawa couplings are the low energy effective manifestation of several scalar fields, all with the bosonic (adjoint) representations with respect to all the charge groups, with the family groups included. Properties of the families are analysed and relations among coherent contributions of the loop corrections to fermion properties discussed, including the one which enables the existence of the Majorana neutrinos. The appearance of several scalar fields is presented, their properties discussed, it is explained how these scalar fields can effectively be interpreted as the {\em standard model} Higgs (with the fermion kind of charges) and the Yukawa couplings, and a possible explanation why the Higgs has not yet been observed offered. The relation to proposals that the Yukawas follow from the SU(3) family (flavour) group, having the family charges in the fundamental representations of these groups, is discussed. The spin-charge-family theory predicts that there are no supersymmetric partners of the observed fermions and bosons.

研究动机与目标

• 在统一的理论框架内解释费米子族的起源，包括其数量和质量矩阵。
• 从基础标量场出发，推导出希格斯机制和约旦耦合作为低能有效现象。
• 解释暗物质源于一个稳定的第五族费米子。
• 在高维理论中统一自旋和电荷自由度，该理论在低能下约化为标准模型。
• 通过理论中的相干圈修正，提供马约拉纳中微子质量的机制。

提出的方法

• 该理论从包含旋量和规范场的14维（d=14）时空作用量出发，包含两种不同的旋量连接场和 tetrad。
• 从 SO(1,7)×U(1)II×SU(3) 对称性自发破缺至 SO(1,3)×SU(2)I×SU(2)II×U(1)II×SU(3)，产生质量矩阵和规范玻色子质量。
• 在1+3维子空间中的左手性外尔旋量携带弱同位旋，而右手中性伙伴则不带弱电荷，与标准模型一致。
• 标量场的真空期望值——源自 tetrad 和旋量连接——产生费米子质量及有效约旦耦合。
• 该理论使用卡坦子代数生成元和非卡坦升/降算符，构建具有确定手征性和族量子数的态。
• 标准模型希格斯粒子和约旦耦合的出现被解释为多个标量场在所有规范群和族群下变换为伴随表示的低能有效表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何从基本理论推导出费米子族的存在及其数量，而非作为假设？
• RQ2 标准模型中希格斯场和约旦耦合的起源是什么？它们如何从更基本的标量自由度中涌现？
• RQ3 该理论能否解释一个稳定第五族费米子的存在，其可作为暗物质？
• RQ4 在此框架中，马约拉纳中微子质量如何产生？圈修正在此过程中起什么作用？
• RQ5 为何希格斯玻色子至今尚未被观测到？这是否可能由于其在该理论中为复合或有效性质？

主要发现

• 该理论在低能区预测两组相互独立的四族夸克和轻子，第四族可能在大型强子对撞机上被探测到。
• 第五族稳定且在色荷和电磁荷下中性，通过形成中性强子和中微子，使其成为可行的暗物质候选者。
• 希格斯粒子和约旦耦合并非基本量，而是从多个标量场在所有电荷群（包括族群）下变换为伴随表示的低能有效表现。
• 费米子质量矩阵源自与 tetrad 及两种旋量连接相关的标量场的真空期望值。
• 该理论预测已知费米子和玻色子无超对称伙伴，与标准模型的多数扩展不同。
• 涉及标量场的相干圈修正使马约拉纳中微子的存在成为可能，为其中小质量提供机制。