Advanced

Left-right-symmetric model building

Corrigan, Eric LU (2015) FYTM02 20151
Department of Astronomy and Theoretical Physics
Theoretical Particle Physics
Abstract
We have studied left-right-symmetric (LR) model building in two specific instances: the Minimal Left-Right-Symmetric Model (MLRM), with gauge group
SU(3)_C × SU(2)_L × SU(2)_R × U(1)_{B-L} and parity as the LR symmetry; and a non-supersymmetric, trinified theory, with gauge structure SU(3)_L × SU(3)_R × SU(3)_C × Z_3 and an additional, novel, SU(3) family symmetry.
For the MLRM, we have rederived the Lagrangian in the gauge and mass eigenbases, partly using the SARAH model building framework. We have demonstrated how the gauge symmetry is broken to the Standard Model, and explicitly found the corresponding Goldstone bosons.
For the trinified model, we have constructed the Lagrangian, spontaneously broken the gauge and global... (More)
We have studied left-right-symmetric (LR) model building in two specific instances: the Minimal Left-Right-Symmetric Model (MLRM), with gauge group
SU(3)_C × SU(2)_L × SU(2)_R × U(1)_{B-L} and parity as the LR symmetry; and a non-supersymmetric, trinified theory, with gauge structure SU(3)_L × SU(3)_R × SU(3)_C × Z_3 and an additional, novel, SU(3) family symmetry.
For the MLRM, we have rederived the Lagrangian in the gauge and mass eigenbases, partly using the SARAH model building framework. We have demonstrated how the gauge symmetry is broken to the Standard Model, and explicitly found the corresponding Goldstone bosons.
For the trinified model, we have constructed the Lagrangian, spontaneously broken the gauge and global symmetries, and calculated the masses and charges of the resulting particle spectra. We show that the addition of the SU(3) family symmetry reduces the amount of free parameters to less than ten. We also demonstrate a possible choice of vacuum which breaks the trinified gauge group down to SU(3)_C × U(1)_Q, and find particularly simple minimum for this choice of potential. We conclude that the MLRM deserves its place as a popular LR extension, with several appealing features, such as naturally light neutrinos. The trinified model with SU(3) family symmetry, meanwhile, is an economic and exciting new theory. Our first, simple version seems phenomenologically viable, using very few parameters. Furthermore, several other theoretical variations are possible, many of which seem worthy of study. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Det är i princip omöjligt att överskatta vikten av begreppet symmetri för modern fysik.
Redan när Maxwell på 1800-talet förenade elektricitet och magnetism till en enda kraft fanns en underlig egenskap i hans teori. Hans fysikaliska system kännetecknas av potentialer, som är relaterade till de elektriska och magnetiska fälten. Det visade sig att om man förändrar dessa potentialer enligt specifika regler så får man samma system, samma fysik, tillbaka. Identiska fysikaliska resultat ges alltså av flera olika konfigurationer av potentialerna. Man säger att teorin är invariant under en intern symmetri, där symmetritransformationerna är de ovan nämnda reglerna. Samma koncept styr idag hur fysiker konstruerar teorier som beskriver de... (More)
Det är i princip omöjligt att överskatta vikten av begreppet symmetri för modern fysik.
Redan när Maxwell på 1800-talet förenade elektricitet och magnetism till en enda kraft fanns en underlig egenskap i hans teori. Hans fysikaliska system kännetecknas av potentialer, som är relaterade till de elektriska och magnetiska fälten. Det visade sig att om man förändrar dessa potentialer enligt specifika regler så får man samma system, samma fysik, tillbaka. Identiska fysikaliska resultat ges alltså av flera olika konfigurationer av potentialerna. Man säger att teorin är invariant under en intern symmetri, där symmetritransformationerna är de ovan nämnda reglerna. Samma koncept styr idag hur fysiker konstruerar teorier som beskriver de fundamentala krafterna och partiklarna; om man vet exakt vilka symmetrier som teorin är invariant under, så kan man räkna ut exakt hur de olika partiklarna växelverkar. Naturens fundamentala krafter ges alltså av de interna symmetrierna!

Det är alltså inte konstigt att mycket av arbetet i att konstruera en teori
för det subatomära Universum ligger i att försöka hitta vilka symmetrier den bör besitta. En specifik typ av intern symmetri är s.k. vänster-högersymmetri. Med vänster och höger avses inte det man brukar mena i dagligt tal, utan snarare egenskaper som vissa partiklar har; sådana partiklar kan vara antingen vänster- eller högerhänta.
Standardmodellen för partikelfysik beskriver naturen på den väldigt lilla skalan bättre än någon annan teori någonsin har gjort. Den behandlar dock s.k. vänster- och högerhänta partiklar ojämlikt, och det står inte klart varför, eller om det måste vara så. De flesta fysiker tycker det hade varit mest naturligt om Naturen behandlade dem lika.

Här granskar jag två teorier som faktiskt behandlar vänster och höger jämlikt, vilket leder till en mängd nya egenskaper och förutsägelser. Förhoppningen är att en sådan teori ska visa sig beskriva naturen ännu bättre, förklara saker som standardmodellen inte kan, och på så sätt ge oss en djupare förståelse för verklighetens mest grundläggande struktur. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Corrigan, Eric LU
supervisor
organization
course
FYTM02 20151
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Theoretical physics, particle physics, high-energy physics, left-right symmetry, grand unification, GUT, beyond standard model physics, BSM physics
language
English
id
8052486
date added to LUP
2016-05-13 11:18:38
date last changed
2016-05-13 11:18:38
@misc{8052486,
  abstract     = {We have studied left-right-symmetric (LR) model building in two specific instances: the Minimal Left-Right-Symmetric Model (MLRM), with gauge group 
SU(3)_C × SU(2)_L × SU(2)_R × U(1)_{B-L} and parity as the LR symmetry; and a non-supersymmetric, trinified theory, with gauge structure SU(3)_L × SU(3)_R × SU(3)_C × Z_3 and an additional, novel, SU(3) family symmetry. 
For the MLRM, we have rederived the Lagrangian in the gauge and mass eigenbases, partly using the SARAH model building framework. We have demonstrated how the gauge symmetry is broken to the Standard Model, and explicitly found the corresponding Goldstone bosons. 
For the trinified model, we have constructed the Lagrangian, spontaneously broken the gauge and global symmetries, and calculated the masses and charges of the resulting particle spectra. We show that the addition of the SU(3) family symmetry reduces the amount of free parameters to less than ten. We also demonstrate a possible choice of vacuum which breaks the trinified gauge group down to SU(3)_C × U(1)_Q, and find particularly simple minimum for this choice of potential. We conclude that the MLRM deserves its place as a popular LR extension, with several appealing features, such as naturally light neutrinos. The trinified model with SU(3) family symmetry, meanwhile, is an economic and exciting new theory. Our first, simple version seems phenomenologically viable, using very few parameters. Furthermore, several other theoretical variations are possible, many of which seem worthy of study.},
  author       = {Corrigan, Eric},
  keyword      = {Theoretical physics,particle physics,high-energy physics,left-right symmetry,grand unification,GUT,beyond standard model physics,BSM physics},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Left-right-symmetric model building},
  year         = {2015},
}