Advanced

An Investigation of the Trinification Scalar Sector at One Loop

Walk, Laurie LU (2017) FYTM04 20171
Department of Astronomy and Theoretical Physics
Theoretical Particle Physics
Abstract
Throughout this work we investigate a trinification-based grand unification theory (GUT) with a global family symmetry, as a radiative origin of the Standard Model (SM). We show that after spontaneous symmetry breaking of the trinification gauge group, we can in theory construct an effective left-right symmetric model (LRSM) which breaks to the SM gauge group through radiative breaking induced by the running of the model’s parameters. We further argue that a low-energy limit of this effective LRSM can accommodate a realistic SM quark mass hierarchy and Cabibbo mixing. Upon close consideration, however, we show that we cannot impose a tree-level scalar mass hierarchy at the GUT scale significant enough to justify the effective LRSM as a... (More)
Throughout this work we investigate a trinification-based grand unification theory (GUT) with a global family symmetry, as a radiative origin of the Standard Model (SM). We show that after spontaneous symmetry breaking of the trinification gauge group, we can in theory construct an effective left-right symmetric model (LRSM) which breaks to the SM gauge group through radiative breaking induced by the running of the model’s parameters. We further argue that a low-energy limit of this effective LRSM can accommodate a realistic SM quark mass hierarchy and Cabibbo mixing. Upon close consideration, however, we show that we cannot impose a tree-level scalar mass hierarchy at the GUT scale significant enough to justify the effective LRSM as a physically viable low-energy limit of the trinification model. Thus, we compute the full one-loop scalar mass spectrum using the effective potential approach, and search for parameter space points for which such a hierarchy can be imposed at one loop. Upon implementation of a preliminary random scanning algorithm, no such parameter space points are found, and we conclude that more advanced scanning techniques are needed in future studies, and/or additional scalars should be kept in the effective theory. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Standardmodellen inom partikelfysik beskriver de kända fundamentalkrafterna och klassifiserar alla de experimentellt observerade elementarpartiklarna. Allmänt sett anses den vara en av de största bedrifterna inom modern vetenskap, tack vare sin förmåga att sammanlänka teoretiska förutsägelser med fenomenologi. Men trots att nästan hela vår förståelse av den subatomära världen ryms i denna modell så ger inte standardmodellen någon beskrivning av fenomen så som mörk materia, neutrinomassor och gravitation. Dessa luckor i teorin motiverar fysiker till att söka efter utvidgningar av standardmodellen som kan bidra till en mer övergripande teori.

Fysiker tror att luckorna i standardmodellen kan förklaras med hjälp av mekanismer och/eller... (More)
Standardmodellen inom partikelfysik beskriver de kända fundamentalkrafterna och klassifiserar alla de experimentellt observerade elementarpartiklarna. Allmänt sett anses den vara en av de största bedrifterna inom modern vetenskap, tack vare sin förmåga att sammanlänka teoretiska förutsägelser med fenomenologi. Men trots att nästan hela vår förståelse av den subatomära världen ryms i denna modell så ger inte standardmodellen någon beskrivning av fenomen så som mörk materia, neutrinomassor och gravitation. Dessa luckor i teorin motiverar fysiker till att söka efter utvidgningar av standardmodellen som kan bidra till en mer övergripande teori.

Fysiker tror att luckorna i standardmodellen kan förklaras med hjälp av mekanismer och/eller partikelinteraktioner som inte kan observeras i ett universum med vår nuvarande energiskala. Därför konstruerar de så kallade ’storförenade teorier’ inom vilka de elementära krafterna förenas på högre energiskalor. En framgångsrik sådan måste utvecklas till den observerade standardmodellen, och innehålla dennes parametrar och symmetrier, när energiskalorna sänks till de betingelser som råder idag. Därför skulle en sådan modell inte bara kunna ge svar på frågor inom modern vetenskap, utan också ge insikt i de högenergiförhållanden som rådde i det tidiga universum, ur vilka de nuvarande fysiklagarna uppstod.

I detta arbete föreslås ett exempel på en sådan storförenad modell. Vi undersöker hur dess symmetrigrupp, som beskriver teorins tillåtna partiklar och interaktioner, bryts ner till de inom standardmodellen när energiskalan sänks. Vi utforskar ett antal nyckelfenomen inom den så kallade trinifikationsmodellen, och använder denna för att förutsäga uppkomsten för standardmodellens fenomenologi. Slutligen söker vi efter värden av de av modellens parametrar, för vilka den utvecklas till en realistisk version av den observerbara standardmodellen.

Sökandet bortom standardmodellen banar väg för lösningar av de många mysterier inom modern fysik, vilka är nödvändiga för en djupare förståelse av vårt universum. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Walk, Laurie LU
supervisor
organization
course
FYTM04 20171
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
GUT, Trinification, Spontaneous Symmetry Breaking, Effective Field Theory, Effective Potential
language
English
id
8922166
date added to LUP
2017-08-03 00:11:54
date last changed
2017-08-03 00:11:54
@misc{8922166,
  abstract     = {Throughout this work we investigate a trinification-based grand unification theory (GUT) with a global family symmetry, as a radiative origin of the Standard Model (SM). We show that after spontaneous symmetry breaking of the trinification gauge group, we can in theory construct an effective left-right symmetric model (LRSM) which breaks to the SM gauge group through radiative breaking induced by the running of the model’s parameters. We further argue that a low-energy limit of this effective LRSM can accommodate a realistic SM quark mass hierarchy and Cabibbo mixing. Upon close consideration, however, we show that we cannot impose a tree-level scalar mass hierarchy at the GUT scale significant enough to justify the effective LRSM as a physically viable low-energy limit of the trinification model. Thus, we compute the full one-loop scalar mass spectrum using the effective potential approach, and search for parameter space points for which such a hierarchy can be imposed at one loop. Upon implementation of a preliminary random scanning algorithm, no such parameter space points are found, and we conclude that more advanced scanning techniques are needed in future studies, and/or additional scalars should be kept in the effective theory.},
  author       = {Walk, Laurie},
  keyword      = {GUT,Trinification,Spontaneous Symmetry Breaking,Effective Field Theory,Effective Potential},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {An Investigation of the Trinification Scalar Sector at One Loop},
  year         = {2017},
}