Studies on flavor dependent symmetry

Abstract

본 논문에서는, 표준모형으로 설명하지 못하는 입자 물리의 문제들을 다루기 위하여 다양한 대칭성, 주로 입자의 종류마다 다른 대칭성을 이용한 표준모형의 확장을 논의한다. 우선, 위계 문제에 대한 설명으로, 초대칭을 도입한다. 전약 상호작용이 깨지는 스케일의 근원을 페차이-퀸 대칭성에 의한 다음으로 최소인 표준모형의 초대칭 확장으로 이해한다. 위계 문제를 푸는 가장 간단한 경우로, 세번째 세대 짝쿼크들이 가벼운 유효초대칭을 다룬다. 유효초대칭에서의 짝쿼크 질량들은 입자의 종류다마 다른, 즉 세번째 세대에 작용하지 않는 U(1)$'$ 대칭성을 도입하여 설명한다. 이러한 입자마다 다른 대칭성은 입자들의 질량 위계와 섞임을 설명하는데 중요한 역할을 한다. 특히, 섞임 행렬은 최대 CP깨짐과 같은 고유한 특징을 반영한 기술로 이해할 수 있다. 섞임각들은 입자 종류마다 다른 대칭성으로 설명할 수 있다. $D_{12}$ 군을 이용하여 카비보각 $15^{\rm o}$, 태양섞임 $30^{\rm o}$, 대기 섞임 $45^{\rm o}$ 를 얻는다. 이들 값은 어느 정도 크기를 가지는 $\theta_{13}$ 등 최근 중성미자 실험 결과에 의하여 수정되어야 한다. 본 논문에서 다루었듯이, 입자 종류마다 다른 대칭성은 표준 모형 너머의 새로운 물리가 될 수 있다.

In this thesis, we study extension of the Standard Model through various symmetries, mainly flavor dependent ones, motivated by problems in particle physics which cannot be resolved within the Standard Model framework. First, as a solution to the hierarchy problem, we observe supersymmetry. The origin of the electroweak symmetry breaking scale can be understood in the context of next-to-minimal supersymmetric Standard Model with the Peccei-Quinn symmetry. As a minimal setup for hierarchy problem, effective supersymmetry, a model with the light third generation squarks, can be considered. The spectrum in the effective supersymmetry can be realized by introducing flavor dependent U(1)$'$ gauge symmetry, under which the third generation quarks and squarks are uncharged. Such kind of flavor dependent symmetry plays a crucial role in investigating the origin of fermion mass hierarchies and mixing patterns. Moreover, mixing pattern can be understood from appropriate parameterization showing intrinsic properties, such as maximal CP violation. Mixing angles are predicted by flavor dependent discrete symmetry. Structure based on $D_{12}$ group gives Cabibbo angle $15^{\rm o}$, solar angle $30^{\rm o}$, and atmospheric angle $45^{\rm o}$. These values should be modified in accordance with the up-to-date neutrino observations, reporting sizable $\theta_{13}$. In this way, flavor dependent symmetries are expected to be good candidates for new physics beyond the Standard Model.