[论文解读] Updated values of running quark and lepton masses at GUT scale in SM, 2HDM and MSSM

Kalpana Bora|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 20

一句话总结

本论文利用最新的实验数据和二阶微分重整化群方程（RGEs），在标准模型（SM）、双 Higgs 二重态模型（2HDM）和最小超对称标准模型（MSSM）中，更新了夸克和带电轻子在大统一理论（GUT）尺度（2×10¹⁶ GeV）的运行质量。主要贡献在于对先前使用数值的显著修订，更新后的质量值与早期结果存在显著差异，从而实现了更精确的中微子质量计算以及在 GUT 中的费米子质量模型构建。

ABSTRACT

Updated values of running quark and lepton masses at GUT (Grand unified theories) scales are important for fermion mass model building, and to calculate neutrino masses, in GUTs . We present their values at GUT scales, in SM, MSSM and 2HDM theories, using the latest values of running quark and lepton masses.

研究动机与目标

• 使用最新的实验数据，提供在标准模型（SM）、双 Higgs 二重态模型（2HDM）和最小超对称标准模型（MSSM）中，GUT 尺度（2×10¹⁶ GeV）下运行夸克和轻子质量的更新值。
• 通过用当前 PDG 数据和改进的重整化方案替代早期研究中过时的输入值，弥合现有文献中的空白。
• 通过更精确的中微子质量计算和 GUT 中费米子质量纹理的构建，推动大统一理论（GUTs）及标准模型之外的理论模型的发展。
• 通过分别演化 Yukawa 耦合、规范耦合和真空期望值（VEVs），确保与现代重整化群演化（RGE）技术的一致性。
• 通过重现已知基准值并与先前工作对比，验证新结果的可靠性，突出因方案和输入差异导致的差异。

提出的方法

• 在 SM 和 MSSM 中，利用二阶微分重整化群方程（RGEs）对 Yukawa 耦合、规范耦合和 Higgs 真空期望值（VEVs）进行演化，将质量从低能标演化至 GUT 尺度。
• 由于 2HDM 模型的复杂性以及在此层次精度要求较低，采用一阶 RGEs 进行处理。
• 使用既定公式将质量从 $\bar{\mathrm{MS}}$ 方案转换至 $\overline{\mathrm{DR}}$ 方案，以确保计算的一致性。
• 在电弱尺度使用最新的粒子数据组（PDG）给出的夸克和轻子质量值作为输入，包括更新的顶夸克质量。
• 从电弱尺度演化至 GUT 尺度（2×10¹⁶ GeV），考虑各理论中的阈值效应和运行行为。
• 通过重现 Das 和 Parida（2012）的基准值，验证结果，确认计算框架的正确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 SM、2HDM 和 MSSM 中，更新后的 GUT 尺度下运行夸克和轻子质量与以往使用的值有何不同？
• RQ2 最新的实验输入和改进的 RGE 处理对预测的 GUT 尺度费米子质量有何影响？
• RQ3 新质量值如何影响 GUT 中中微子质量模型和费米子质量纹理的构建？
• RQ4 为何本研究结果与 Xing 等人以及 Das & Parida 的结果存在差异？这在费米子质量运行中对方案依赖性有何启示？
• RQ5 在 2HDM 和 MSSM 中，$\tan\beta$ 的变化在多大程度上影响 GUT 尺度下的运行质量？

主要发现

• 在 SM 中，GUT 尺度下的运行顶夸克质量更新为 80.4472⁺².⁹¹²⁸₋₂.⁶¹⁵⁸ GeV，与旧估计值存在显著差异。
• 在 $\tan\beta = 55$ 的 MSSM 中，GUT 尺度下的顶夸克质量为 80.4472⁺².⁹¹²⁸₋₂.⁶¹⁵⁸ GeV，显示出对 $\tan\beta$ 和重整化方案的强依赖性。
• 在 $\tan\beta = 55$ 的 2HDM 中，GUT 尺度下的顶夸克质量为 77.3752⁺¹.⁴⁷⁴¹₋¹.⁴¹⁸⁷ GeV，相较于早期值有明显降低。
• 在 SM 中，GUT 尺度下的奇异夸克质量为 17.6702⁺⁴.⁹²³³₋⁴.⁶⁹⁵⁰ MeV，其较大不确定性反映了对输入参数和 RGE 演化的敏感性。
• 在各模型中，带电轻子质量在 GUT 尺度下变化极小，电子质量在 SM 中为 0.3585⁺⁰.⁰⁰⁰¹₋⁰.⁰⁰⁰² MeV，与先前结果一致。
• 本研究结果与 Das 和 Parida（2012）以及 Xing 等人的结果存在显著差异，主要源于输入更新、方案转换以及对 Yukawa 和 VEV 演化的独立处理。