中国科大在《Physics Reports》和《Reports on Progress in Physics》上发表基本费米子质量与味混合的综述文章

来源：中国科学技术大学时间：2025-02-11 17:34:32

近日，中国科学技术大学物理学院丁桂军教授与合作者西班牙瓦伦西亚大学Jose Valle教授应邀在物理学知名综述期刊Physics Reports（影响因子23.9）发表长篇综述文章，题为“The symmetry approach to quark and lepton masses and mixing”（夸克和轻子质量及味混合的对称性方法），丁桂军教授为论文的第一及通讯作者。

粒子物理的标准模型取得了极大的成功。在标准模型中，夸克和轻子是构成我们物质世界最基本的单元，即基本粒子，分为三代和六味。但是标准模型并没有提供一个明确的组织原则来描述不同味的夸克和轻子，也无法真正预言这些基本单元—夸克与轻子的质量，因此如何理解基本费米子质量的起源与混合一直是基础物理学一个重要的未解之谜。研究该课题将有助于人们更好理解物质的基本性质以及标准模型之外的新物理。

图轻子和夸克的质量、混合角以及CP破坏位相的实验测量值

从实验得知，不同代的夸克和轻子的质量表现出明显的层级结构。中微子振荡实验表明中微子有微小的质量，且轻子与夸克的味混合模式明显不同。该综述文章详细介绍了轻子和夸克质量矩阵的剩余对称性，基于对称性原理系统总结了从味对称性和广义CP对称性等理解味混合的各种可能理论方案和主方程，以及对轻子混合角和CP破坏位相的典型预言。同时讨论了基本费米子质量模型的构造方法，以及如何在将来的中微子振荡实验和吨级无中微子双贝塔衰变实验检验物理模型。此外，该文章还介绍了低能的中微子质量生成机制、与暗物质和强CP问题的可能关联等，并对未来的发展趋势进行了展望。

模对称性（modular symmetry）是近年来被广泛研究的解决标准模型费米子质量及混合疑难的理论方法。该方法能有效地克服传统味对称性所需的真空排列问题，并允许用少量自由参数解释轻子夸克的质量和混合参数。近年来，丁桂军教授课题组从多个方面系统深入地发展了模对称性理论。基于此，他与英国南安普顿大学Stephen King教授受邀在国际物理学知名综述期刊Reports on Progress in Physics（影响因子19.1）上发表题了为“Neutrino mass and mixing with modular symmetry”（从模对称性研究中微子质量和味混合）的长篇综述论文。该文详细介绍了有限模群、与模对称性相容的广义CP对称性、多模参量理论、费米子质量等级差与模对称性、模对称大统一理论以及“自上而下”的模对称性方法等，为该领域的研究人员提供了一个系统且全面的综述。

上述研究得到了国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会的资助。