超弦D膜模型在粒子物理学的应用

String theory is the most successful candidate for Grand Unified Theory. One of the most important tasks is to use string theory to solve puzzles from particle physics. String theory has higher energy scales and larger framework, which could provide more possibilities to resolve low energy physics problems. The proposed project would last three years. We plan to use intersecting D-branes from string theory to build beyond-Standard-Model new physics theories, and then analyze these models directly from string theory, such that we can see the hints from string theory to particle physics. The proposed project plans to study three areas of beyond-Standard-Model physics: (1) Models which can solve flavor anomalies, including experimental anomalies from B meson decays. We will focus on left-right symmetric model and models with leptoquarks. (2) Construct dark matter particle in local D-brane models. We will mostly focus on asymmetric dark matter and self-interacting dark matter. (3) Systematically study U(1) extensions of the Standard Model, and build these models using intersecting D-branes. We will then analyze these D-brane models from string theory to study the stringy effects which might be seen at current or future colliders.

超弦理论作为目前最成功的大统一理论候选者，最重要的研究内容之一就是尝试利用超弦理论来解决粒子物理学疑难。超弦理论具有更高的能量尺度和更大的理论框架，为解决低能区的物理问题提供了更多的可能性。申请项目计划利用超弦理论中的交叉D膜，构建粒子唯象学中标准模型以上常见的新物理理论，进而从超弦理论出发对这些粒子物理有效理论直接进行研究，探索超弦理论给标准模型以上的新物理问题带来的启迪。申请项目为期三年，将在超弦理论中用交叉D膜架构三个方向的新物理理论并从超弦理论角度出发对它们进行深入研究：(1)可以同时解释B介子两种不同衰变的味物理实验反常的理论，包括左右对称模型和类轻子夸克。(2)用D膜构建包含暗物质的局域模型，我们将着重研究非对称暗物质和自作用暗物质这两大类暗物质理论。(3)我们将系统研究粒子唯象学中U(1)扩充理论，对常见的几大类U(1)扩充理论进行D膜架构，并在超弦理论中深入研究它们的性质。

超弦理论及诸多大统一理论都预测了标准模型之外隐藏区域的存在。在超弦理论中，构建标准模型的D膜之外的其他D膜，很自然地提供了标准模型之上的新规范相互作用以及新粒子。本项目在研期间主要研究了标准模型之上隐藏区域中的物理、其中的暗物质候选者以及隐藏区域的温度和物质衍化，为超弦模型D膜架构的多重隐藏区域模型的后续研究提供了基础理论依据和研究基础。本项目深入研究了标准模型之上隐藏区域的物理：包括宇宙早期U(1)隐藏区域中物质的衍化、暗物质候选者及残留密度计算，额外的U(1)相互作用对于天文学的影响，暗光子是否可以成为暗物质候选者，以及隐藏区域在超对称标准模型中发挥的作用。2022年4月CDF合作组发现W规范玻色子质量与标准模型预测有较大偏差，项目探索研究了U(1)隐藏区域解决W玻色子质量提升的可能性，并预测了暗物质候选者。项目亦深入讨论了一个基于双生希格斯框架下的共同产生机制，可以解决目前所有标准模型面临的疑难问题。从2020年1月1日至2022年12月31日，科研基本按照计划执行，共发表SCI论文6篇，达到预期目标。