SU(7)大统一中的类Nambu-Goldstone伪标度玻色子暗物质

我们提出了一种基于 $SU(7)$ 规范对称性的大统一理论（GUT）类Nambu-Goldstone伪标度玻色子（pNGB）暗物质（DM）模型。在该GUT模型中，标准模型（SM）规范对称性 $G_{\rm SM} := SU(3)_C\times SU(2)_L\times U(1)_Y$ 与“暗”规范对称性 $SU(2)_D$ 被统一，其中 $SU(2)_D$ 对称性在DM稳定性中起重要作用。SM费米子与暗 sector 费米子的统一被部分实现。规范对称性 $SU(7)$ 在GUT尺度通过 $SU(7)$ 伴随标量场非零真空期望值自发破缺为 $SU(5)\times SU(2)\times U(1)$ 规范对称性。该对称性在中间尺度进一步破缺为 $G_{\rm SM}\times SU(2)_D$。此外，$SU(2)_D$ 对称性在TeV尺度由 $SU(2)_D$ 二重态和三重态标量场破缺。在基于 $G_{\rm SM}\times SU(2)_D$ 的pNGB DM模型中，残余的整体 $U(1)_V$ 暗 custodial 对称性保证了DM稳定性。另一方面，在 $SU(7)$ pNGB DM模型中，这一整体对称性被Yukawa相互作用和有效Majorana质量项显式破缺。为维持 $U(1)_V$ 对称性从而维持DM稳定性，我们需要以高精度微调Yukawa耦合常数和标量三次耦合。我们发现允许的DM质量区域相当受限，因为 $SU(2)_D$ 的规范耦合常数由规范耦合统一条件决定。为满足规范耦合统一和当前质子寿命的实验约束，我们发现需要三代 $SU(3)_C$ 伴随费米子和另外三代具有中间质量尺度的 $SU(2)_L$ 伴随费米子。我们还发现，若假设其他对称性破缺方案，则不存在其他能同时满足规范耦合统一和质子衰变约束的解。