Unified models of particle physics

Abstract

The scope of this thesis is to examine several issues and questions, the SM and its standard extensions leave open, and to offer new proposals and possible solutions. Such solutions are believed to eventually lead us into a more elaborate and perhaps more fundamental theory. In what follows we mainly discuss the SM and two of its standard extensions, commonly referred to as Supersymmetry (SUSY) and Grand Unified Theory (GUT). In our investigation, we have mainly focused on the fermion flavour problem, namely the puzzle of the origin of the fermionic masses and mixing. That is examined through the viewpoint of an SU(5) nonminimal GUT as well as through the Lospided approach, consistent among others with an SO(10) symmetry. We also examine another type of symmetry (R-symmetry) which besides its phenomenological importance for the consistency of our models could in principle offer a possible solution on the flavour problem. In our research we have developed useful techniques which lead to new theoretical realizations followed by certain predictions and implications. Some of them, are expected to be either confirmed or ruled out by future experiments in the following years.

Ο στόχος της παρούσας διατριβής είναι να εξετάσει δίαφορα θέματα και ερωτήματα που το Καθιερωμένο Πρότυπο (ΚΠ) και οι συνήθεις επεκτάσεις του αφήνουν αναπάντητα, και να προσφέρει νέες προτάσεις και πιθανές λύσεις. Τέτοιες λύσεις, θα μπορούσαν τελικά να μας οδηγήσουν σε μια πιο εκλεπτυσμένη και πιθανώς πιο θεμελιώδη θεωρία. Σε όσα ακολουθούν συζητάμε κυρίως το ΚΠ και δύο από τις καθιερωμένες επεκτάσεις του, αυτές που συχνά αναφέρονται ως Υπερσυμμετρία (ΥΣ) και Μεγάλη Ενοποιημένη Θεωρία (ΜΕΘ). Η μελέτη μας επικεντρώνεται κυρίως σε αυτό που αποκαλείται ως πρόβλημα της 'γεύσης' των φερμιονίων, δηλαδή το αίνιγμα της προέλευσης των παρατηρούμενων φερμιονικών μαζών και αναμίξεων. Αυτή, εξετάζεται από την σκοπιά μιας επέκτασης στο καθιερωμένο ΥΣ- SU(5) μοντέλο αλλά και μέσω μιας άλλης νέας προσέγγισης βασισμένης στα ασύμμετρα (Lopsided) μοντέλα (Lopsided) . Η τελευταία προσέγγιση δίνει και την δυνατότητα υλοποίησης ενός ΜΕΘ μοντέλου βασισμένου στην SO(10) συμμετρία. Επίσης συζητήσαμε και τις φαινομενολογικές προεκτάσεις μιας διαφορετικού τύπου συμμετριάς (R-συμμετρία) η οποία πέραν της σημασίας της για την συνέπεια της γενικότερης θεωρίας εν δυνάμει θα μπορούσε να προσφέρει λύσεις στο αίνιγμα των φερμιονικών μαζών και αναμίξεων. Κατά την έρευνά μας αναπτύξαμε χρήσιμες τεχνικές που οδηγούν σε νέες θεωρητικές προσεγγίσεις και οι οποίες συνοδεύονται από συγκεκριμένες προβλέψεις και συνέπειες. Καποιες από αυτές αναμένεται είτε να επιβεβαιωθούν είτε να απορριφθούν από τα αντίστοιχα πειράματα στα επόμενα χρόνια.