超对称粒子物理大统一模型——质子衰变和费米子质量产生

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粒子物理标准模型中场的表示可以嵌入到更大的规范群的表示中,同时这种嵌入可以使得规范群结构更加简单。新的模型被称为大统一模型。在引入Higgs破缺机制之后就可以实现低能标准模型和高能统一模型之间的联系。同时标准模型的规范耦合有随着能标提高不断跑动到一点的趋势,如果在某个能标引入超对称使得在这个能标之上理论成为一个超对称理论,那么规范耦合就能很好地实现统一。   一个合理的超对称统一模型不仅能够实现规范耦合的统一和场表示的统一,还应该能够产生正确的低能费米子质量和寿命足够长的质子。最小超对称SU(5)模型虽然简洁而富于美感并且可以实现规范耦合的统一,却不能产生正确的费米子质量结构,质子寿命也处在被实验排除的边缘。为了解决这个问题,通常有两种做法:加入额外的场或表示,或者寻找更大的规范群。在最小的SU(5)中,隐含了超对称破缺能标和规范统一能标之间的能量区域内没有新粒子出现,而如此大的能标区间没有新物理的假定是非常不自然的。因此在这个能标区间内加入额外的场,这些新的场在统一能标之上属于统一规范群的某个表示,这些新的场就可以影响重整化跑动行为。或者在这个能标区间还有其他的对称性出现,也可以改变模型的行为。   本文详细讨论了利用重整化群,通过低能参数给出高能参数限制的一般方法。在这个方法中,不同的规范群破缺链结构会产生不同的限制条件。除了规范群破缺的影响外,超对称破缺能标和超对称伴子的质量谱也会有很大影响。不同的超对破破缺模式会给出不同的高能参数的空间。   本文在最小超对称SU(5)的基础上引入45+(45)Higgs,使得模型有足够的参数可以产生正确的费米子质量结构和夸克混合结构,并且不同的量纲为5的算符之间的贡献可以相互抵消从而使得质子寿命足够长。如果要求这个模型在低能下退化为超对称标准模型(MSSM),那么就能给出高能参数的限制条件。通过重整化群分析,还可以为高能标的场的质量给出定量关系。   在超对称SO(10)模型中,本文讨论了一个由Babu、Gogoladze、Nath、和Syed提出的使用统一的Higgs的方案,同时给出规范破缺和费米子质量。虽然这个模型的Higgs场相对简单,但是需要引入不可重整的耦合项,并且假定这些耦合项是Planck能标压低的。同时由于第三代费米子质量远远大于前两代费米子,为了消除Yukawa耦合之间的巨大差异认为这些质量有不同的来源。于是假定还存在额外的费米子。完整的夸克混合矩阵不再是3×3矩阵,因此低能下的夸克混合矩阵CKM矩阵幺正性被破坏。本文中还给出了CKM幺正性破坏和质子寿命的数量关系。
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