<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD with OASIS Tables with MathML3 v1.2d1 20170631//EN" "JATS-journalpublishing-oasis-article1-mathml3.dtd">
<article article-type="research-article" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:oasis="http://www.niso.org/standards/z39-96/ns/oasis-exchange/table"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">PRD</journal-id><journal-id journal-id-type="coden">PRVDAQ</journal-id><journal-title-group><journal-title>Physical Review D</journal-title><abbrev-journal-title>Phys. Rev. D</abbrev-journal-title></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2470-0010</issn><issn pub-type="epub">2470-0029</issn><publisher><publisher-name>American Physical Society</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="toc-major"><subject>ARTICLES</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="toc-minor"><subject>Formal aspects of field theory, field theory in curved space</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Phase structure of completely asymptotically free SU(<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>) models with quarks and scalar quarks</article-title><alt-title alt-title-type="running-title">PHASE STRUCTURE OF COMPLETELY ASYMPTOTICALLY …</alt-title><alt-title alt-title-type="running-author">F. F. HANSEN <italic>et al.</italic></alt-title></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author"><name><surname>Hansen</surname><given-names>F. F.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"><sup>1</sup></xref><xref ref-type="author-notes" rid="n1"><sup>,*</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Janowski</surname><given-names>T.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"><sup>1</sup></xref><xref ref-type="author-notes" rid="n2"><sup>,†</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Langæble</surname><given-names>K.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1"><sup>1</sup></xref><xref ref-type="author-notes" rid="n3"><sup>,‡</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Mann</surname><given-names>R. B.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a2"><sup>2</sup></xref><xref ref-type="author-notes" rid="n4"><sup>,§</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Sannino</surname><given-names>F.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1 a3 a4"><sup>1,3,4</sup></xref><xref ref-type="author-notes" rid="n5"><sup>,∥</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Steele</surname><given-names>T. G.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a5"><sup>5</sup></xref><xref ref-type="author-notes" rid="n6"><sup>,¶</sup></xref></contrib><contrib contrib-type="author"><name><surname>Wang</surname><given-names>Z. W.</given-names></name><xref ref-type="aff" rid="a1 a2"><sup>1,2</sup></xref><xref ref-type="author-notes" rid="n7"><sup>,**</sup></xref></contrib><aff id="a1"><label><sup>1</sup></label>CP<sup>3</sup>-Origins, <institution>University of Southern Denmark</institution>, Campusvej 55 5230 Odense M, Denmark</aff><aff id="a2"><label><sup>2</sup></label>Department of Physics, <institution>University of Waterloo</institution>, Waterloo, Ontario N2L 3G1, Canada</aff><aff id="a3"><label><sup>3</sup></label>Theoretical Physics Department, <institution>CERN</institution>, 1211 Geneva, Switzerland</aff><aff id="a4"><label><sup>4</sup></label>Danish IAS, <institution>University of Southern Denmark</institution>, 5230 Odense, Denmark</aff><aff id="a5"><label><sup>5</sup></label>Department of Physics and Engineering Physics, <institution>University of Saskatchewan</institution>, Saskatoon, Saskatchewan S7N 5E2, Canada</aff></contrib-group><author-notes><fn id="n1"><label><sup>*</sup></label><p><email>ffhansen@cp3.sdu.dk</email></p></fn><fn id="n2"><label><sup>†</sup></label><p><email>janowski@cp3.sdu.dk</email></p></fn><fn id="n3"><label><sup>‡</sup></label><p><email>langaeble@cp3.sdu.dk</email></p></fn><fn id="n4"><label><sup>§</sup></label><p><email>rbmann@uwaterloo.ca</email></p></fn><fn id="n5"><label><sup>∥</sup></label><p><email>sannino@cp3.sdu.dk</email></p></fn><fn id="n6"><label><sup>¶</sup></label><p><email>tom.steele@usask.ca</email></p></fn><fn id="n7"><label><sup>**</sup></label><p><email>wang@cp3.sdu.dk</email></p></fn></author-notes><pub-date iso-8601-date="2018-03-21" date-type="pub" publication-format="electronic"><day>21</day><month>March</month><year>2018</year></pub-date><pub-date iso-8601-date="2018-03-15" date-type="pub" publication-format="print"><day>15</day><month>March</month><year>2018</year></pub-date><volume>97</volume><issue>6</issue><elocation-id>065014</elocation-id><pub-history><event><date iso-8601-date="2017-07-04" date-type="received"><day>4</day><month>July</month><year>2017</year></date></event></pub-history><permissions><copyright-statement>Published by the American Physical Society</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year><copyright-holder>authors</copyright-holder><license license-type="creative-commons" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><license-p content-type="usage-statement">Published by the American Physical Society under the terms of the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International</ext-link> license. Further distribution of this work must maintain attribution to the author(s) and the published article’s title, journal citation, and DOI. Funded by SCOAP<sup>3</sup>.</license-p></license></permissions><abstract><p>We determine the phase diagram of completely asymptotically free <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>SU</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> gauge theories featuring <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> complex scalars and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> Dirac quarks transforming according to the fundamental representation of the gauge group. The analysis is performed at the maximum known order in perturbation theory. We unveil a very rich dynamics and associated phase structure. Intriguingly, we discover that the completely asymptotically free conditions guarantee that the infrared dynamics displays long-distance conformality, and in a regime when perturbation theory is applicable. We conclude our analysis by determining the quantum corrected potential of the model and summarizing the possible patterns of radiative symmetry breaking. These models are of potential phenomenological interest as either elementary or composite ultraviolet finite extensions of the standard model.</p></abstract><funding-group><award-group award-type="grant"><funding-source country="DK"><institution-wrap><institution>Danmarks Grundforskningsfond</institution><institution-id institution-id-type="doi" vocab="open-funder-registry" vocab-identifier="10.13039/open-funder-registry">10.13039/501100001732</institution-id></institution-wrap></funding-source><award-id>DNRF:90</award-id></award-group><award-group award-type="unspecified"><funding-source country="CA"><institution-wrap><institution>Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada</institution><institution-id institution-id-type="doi" vocab="open-funder-registry" vocab-identifier="10.13039/open-funder-registry">10.13039/501100000038</institution-id></institution-wrap></funding-source></award-group></funding-group><counts><page-count count="24"/></counts></article-meta></front><body><sec id="s1"><label>I.</label><title>INTRODUCTION</title><p>Gauge theories featuring gauge, scalar, and fermion degrees of freedom constitute the back-bone of the standard model of particle interactions. It is therefore important to unveil their perturbative and nonperturbative dynamics.</p><p>Furthermore according to their ultraviolet properties these models can be classified into fundamental and effective low energy descriptions. Fundamental theories are, according to Wilson, the ones featuring in the UV noninteracting (free) <xref ref-type="bibr" rid="c1 c2 c3 c4">[1–4]</xref> or interacting (safe) <xref ref-type="bibr" rid="c5 c6">[5,6]</xref> fixed points. If multiple couplings are present, one can have complete asymptotic freedom (CAF) <xref ref-type="bibr" rid="c1 c7 c8 c9 c10 c11 c12 c13 c14">[1,7–14]</xref>, or safety (CAS) <xref ref-type="bibr" rid="c6 c15 c16">[6,15,16]</xref>, or mixed possibilities <xref ref-type="bibr" rid="c12 c16 c17">[12,16,17]</xref>. Exact nonperturbative results on the possible asymptotically (un)safe nature of supersymmetric gauge theories were investigated in <xref ref-type="bibr" rid="c18">[18]</xref> impacting the very existence of time-honored super grand unified theories <xref ref-type="bibr" rid="c19">[19]</xref>. The existence of controllable nonsupersymmetric models with interacting UV fixed points led to the recent discovery <xref ref-type="bibr" rid="c20">[20]</xref> that the addition of positive mass-squared terms leads to calculable radiative symmetry breaking in the IR, a phenomenon akin to the radiative symmetry breaking that occurs in the supersymmetric standard model <xref ref-type="bibr" rid="c21">[21]</xref>. We will not consider gravitational corrections which, however, are the subject of interesting related work <xref ref-type="bibr" rid="c22 c23 c24">[22–24]</xref>.</p><p>Here we focus our attention on the dynamics of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> gauge theories with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> complex scalars and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> Dirac quarks transforming in the fundamental representation of the gauge group. Despite the in-depth study within the supersymmetric context mostly due to the remarkable work by Intriligator and Seiberg <xref ref-type="bibr" rid="c25">[25]</xref>, very little is known about the nonsupersymmetric version with only one complex species of scalar quarks in addition to the ordinary quarks.</p><p>We therefore wish to partially close this gap by providing an in depth study of these models within a perturbative RG analysis along with the study of the associated quantum effective potential in the fully calculable regime. We discover a very rich physics associated to the various possible phases in which the models can be.</p><p>The choice to study these models stems from the past and recent interest in elementary <xref ref-type="bibr" rid="c1 c7 c8 c9 c10 c11 c12 c14">[1,7–12,14]</xref> and composite extensions of the standard model featuring scalar quarks both in models of (super) bosonic technicolor <xref ref-type="bibr" rid="c26 c27 c28 c29">[26–29]</xref> as well as in models of composite Higgs dynamics <xref ref-type="bibr" rid="c30 c31 c32">[30–32]</xref> embodying explicit realizations <xref ref-type="bibr" rid="c33 c34">[33,34]</xref> of the partial composite mechanism for standard model mass generation <xref ref-type="bibr" rid="c35">[35]</xref>. The underlying realizations<fn id="fn1"><label><sup>1</sup></label><p>A list of underlying fundamental theories for near conformal dynamics and composite Higgs models, before considering fermion mass generation, can be found in <xref ref-type="bibr" rid="c36 c37">[36,37]</xref>.</p></fn> of these composite extensions are dubbed “<italic>fundamental partial composite theories</italic>” <xref ref-type="bibr" rid="c33">[33]</xref>.</p><p>For the models at hand, we first investigate the CAF conditions. We then examine the infrared dynamics of the unveiled CAF models to the maximum known order in perturbation theory, allowing us to determine the perturbative phase diagram. Since models with scalars can undergo a radiative symmetry-breaking phenomenon because of the Coleman Weinberg (CW) mechanism <xref ref-type="bibr" rid="c38">[38]</xref>, we carefully investigate this possibility here using the improved Gildener Weinberg (GW) approach <xref ref-type="bibr" rid="c39 c40">[39,40]</xref>. We show that under certain conditions these models feature, besides CAF, also large distance conformality.</p><p>We now lay out the structure of the paper. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2">II</xref>, we introduce the models, their beta functions and spell out the conditions for CAF. We move to show the emergence of controllable interacting infrared fixed points to the maximum known order in perturbation theory. We discover that the phase diagram is rich and that the CAF conditions lead also to infrared conformality, at least in some coupling direction. Spontaneous radiative symmetry breaking is analyzed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref>. Here we pay special attention to the possible patterns of symmetry breaking in the scalar sector. The analysis is performed in steps, with the zeroth order corresponding to a tree-level analysis and the quantum corrections studied at the one-loop order. The presence of multiple couplings leads to different limits in the parameter space of the model that can affect the radiative breaking scenarios. We conclude in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s4">IV</xref> and add a number of appendixes containing further technical details.</p></sec><sec id="s2"><label>II.</label><title>ULTRAVIOLET AND INFRARED PROPERTIES OF THE MODEL</title><p>In this paper, we consider an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> gauge theory involving <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> complex scalars <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vector-like fermions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the fundamental representation (see Table <xref ref-type="table" rid="t1">I</xref>). The Lagrangian is <disp-formula id="d2.1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi><mml:mo id="d2.1a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi><mml:menclose notation="updiagonalstrike" other="updiag1"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:menclose><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d2.1a1">-</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the field strength tensor and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> are the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>SU</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> generators in the fundamental representation satisfying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We use <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to denote color indices in the fundamental representation, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the adjoint representation, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to denote the flavor index in the fundamental representation of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>). In our notation, the fermion fields <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula> and the scalar fields <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> are rectangular matrices with dimensions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), respectively.</p><table-wrap id="t1" specific-use="style-1col"><object-id>I</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.t1</object-id><label>TABLE I.</label><caption><p>Matter field content of the model including the quantum symmetry group. Fermion fields are presented in the left-handed spinor convention.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="5"><oasis:colspec align="left" colname="col1" colsep="0" colwidth="15%"/><oasis:colspec align="center" colname="col2" colsep="0" colwidth="35%"/><oasis:colspec align="center" colname="col3" colsep="0" colwidth="20%"/><oasis:colspec align="center" colname="col4" colsep="0" colwidth="20%"/><oasis:colspec align="center" colname="col5" colsep="0" colwidth="16%"/><oasis:thead><oasis:row><oasis:entry morerows="1" rowsep="1" valign="bottom">Fields</oasis:entry><oasis:entry rowsep="0" valign="top">Gauge symmetries</oasis:entry><oasis:entry nameend="col5" namest="col3" valign="top">Global symmetries</oasis:entry></oasis:row><oasis:row><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row></oasis:thead><oasis:tbody><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>□</mml:mo></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>□</mml:mo></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>1</oasis:entry><oasis:entry>1</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mo>□</mml:mo><mml:mo accent="true" stretchy="true">¯</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>1</oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mo>□</mml:mo><mml:mo accent="true" stretchy="true">¯</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>1</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>□</mml:mo></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>1</oasis:entry><oasis:entry>1</oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>□</mml:mo></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row></oasis:tbody></oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap><p>Note that for specific color choices, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>, additional renormalizable terms in the Lagrangian appear. Here for example for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> we can construct the operator <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>det</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Similarly, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> we have terms, which for the latter case can be written as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ϵ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Furthermore for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> a Yukawa term can be written involving one scalar and two quarks. Additional terms of these types would give additional contributions to the beta functions, which are not considered in this work.</p><sec id="s2a"><label>A.</label><title>UV behavior: Completely asymptotically free (CAF)</title><p>Since the model has three marginal couplings we now investigate its ultraviolet behavior and establish the conditions under which it can be completely asymptotically free. We are interested in characterizing the flow behavior around the Gaussian fixed point, and therefore one can use one-loop expressions for the beta functions.</p><p>Using the rescaled couplings, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>α</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>π</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the one-loop beta functions (first calculated in <xref ref-type="bibr" rid="c33">[33]</xref>, with general RG functions to two-loop order provided in <xref ref-type="bibr" rid="c41">[41]</xref>) are <disp-formula id="d2.2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="d2.2a1">=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.2a1">=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d2.2a1">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d2.2a1">=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>24</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>]</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d2.2a1">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.2)</label></disp-formula>We note that, to this order, the gauge beta function only depends on the gauge coupling, and it is of the form <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Requiring asymptotic freedom (AF), is equivalent to restricting the coefficient <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> to be positive. The critical number of fermion flavors, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, for which asymptotic freedom is lost in the gauge coupling, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The gauge coupling will be AF for models with non-negative integer values <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. We thus have an upper bound on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p><p>The two beta functions for the quartic couplings depend on all three couplings but only on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. At sufficiently high energies, the scalar potential of a CAF model is well approximated by the tree-level terms <disp-formula id="d2.3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math><label>(2.3)</label></disp-formula>This potential is positive definite for values of the couplings satisfying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which ranges from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>min</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and 1. Note that this allows one of the two couplings to be negative, but not both simultaneously.</p><p>For CAF to exist we first need to find solutions to the following fixed flow relation, <disp-formula id="d2.4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.4)</label></disp-formula>for a nonzero scale-dependent coefficient <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In Appendix <xref ref-type="app" rid="app1">A</xref>, we discuss how Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.4">(2.4)</xref> is related to other, equivalent CAF requirements. When the gauge coupling is zero, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the quartic couplings are only asymptotically free along lines that correspond to unstable scalar potentials, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.3">(2.3)</xref>.</p><p>We will now outline the criteria under which solutions exist and count the number of solutions. The fixed flow solution for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> will necessarily satisfy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>, which can be substituted into the remaining equations. Since <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depends linearly on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we can easily solve for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and substitute this into the equation for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The result is a quartic equation in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The coefficients of this equation depend on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Introducing the quantity <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we can express <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The number of fixed flow solutions corresponds to the number of real roots of the quartic polynomial, which can be calculated using the discriminant method. The full expression for the quartic polynomial and the expressions for classifying the nature of the roots can be found in Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref>. For a fixed value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we find a region with two distinct real solutions (region I) and a smaller region with four distinct real solutions (region II). The upper border of region II is shared with region I.</p><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, we show how the borders of these regions change when varying the number of fermion flavors (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>). It should be noted, that for small values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the effect of increasing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is to move the upper border of region I downward, while the borders of region II largely remains unchanged. Furthermore, we note that in the limit <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>), Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.4">(2.4)</xref> no longer describes fixed flows, since the one-loop beta function for the gauge coupling is vanishing and higher-order terms will dictate the running. Nonetheless, solving the quartic function with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> corresponds to finding fixed points in the subsystem <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and is closely related to finding infrared fixed points for the full model (see more details in later section). The region with two distinct sets of solutions for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is marked with light gray in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, while the region with four distinct sets of solutions is marked with gray. From Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, we see that for fixed values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, there exists a lower bound of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> above which the models have two fixed flow solutions For even higher values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, two additional fixed flow solutions appear. Increasing either <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (i.e. lowering <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>) or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> will push the lower bound on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> towards higher values, whereas the transition from two to four fixed flow solutions is only mildly dependent on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In Table <xref ref-type="table" rid="t2">II</xref>, the values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for models with CAF are tabulated.</p><fig id="f1"><object-id>1</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f1</object-id><label>FIG. 1.</label><caption><p>Regions in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for constant <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for which the model is CAF. The solid lines show the borders of the region with two fixed flow solutions (region I) for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> The blue boundary <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> represents a limit and does not satisfy CAF. The light gray (dark gray) region marks the region where two (four) real distinct sets of solutions exist for the limiting case <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The dashed black lines are the asymptotic behavior of the borders of the two fixed flow solution region.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_1.eps"/></fig><table-wrap id="t2" specific-use="style-2col"><object-id>II</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.t2</object-id><label>TABLE II.</label><caption><p>Windows in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> for which the model is CAF, i.e. allow for fixed flow solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.4">(2.4)</xref>. There exist two fixed flow solutions for every value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in each window. There are no solutions for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="9"><oasis:colspec align="left" colname="col1" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col2" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col3" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col4" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col5" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col6" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col7" colsep="0" colwidth="12%"/><oasis:colspec align="center" colname="col8" colsep="0" colwidth="12%"/><oasis:colspec align="center" colname="col9" colsep="0" colwidth="12%"/><oasis:thead><oasis:row><oasis:entry valign="top"/><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row></oasis:thead><oasis:tbody><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>25–26</oasis:entry><oasis:entry>29–32</oasis:entry><oasis:entry>33-37</oasis:entry><oasis:entry>37–43</oasis:entry><oasis:entry>41–48</oasis:entry><oasis:entry>44–54</oasis:entry><oasis:entry>48–59</oasis:entry><oasis:entry>52–65</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry>31–32</oasis:entry><oasis:entry>35–37</oasis:entry><oasis:entry>38–43</oasis:entry><oasis:entry>42–48</oasis:entry><oasis:entry>46–54</oasis:entry><oasis:entry>50–59</oasis:entry><oasis:entry>54–65</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>36–37</oasis:entry><oasis:entry>40–42</oasis:entry><oasis:entry>44–48</oasis:entry><oasis:entry>48–53</oasis:entry><oasis:entry>52–59</oasis:entry><oasis:entry>55–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>37</oasis:entry><oasis:entry>41–42</oasis:entry><oasis:entry>45–48</oasis:entry><oasis:entry>49–53</oasis:entry><oasis:entry>53–59</oasis:entry><oasis:entry>57–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>47</oasis:entry><oasis:entry>51–53</oasis:entry><oasis:entry>55–58</oasis:entry><oasis:entry>59–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>52–53</oasis:entry><oasis:entry>56–58</oasis:entry><oasis:entry>60–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>58</oasis:entry><oasis:entry>62–63</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>63</oasis:entry></oasis:row></oasis:tbody></oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap><p>Existence of fixed flows only implies that specific directions flow out of the Gaussian fixed point. However, to complete the picture, we need information about the behavior of the RG trajectories in the neighborhood of the fixed flow lines. To investigate this, we parametrize the couplings <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> using spherical coordinates, <disp-formula id="d2.5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mi>sin</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>cos</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.5)</label></disp-formula>and obtain expressions for the RG beta functions of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><p>At one loop, the beta functions, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, depend only multiplicatively on the radial coordinate, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the direction <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, therefore, does not depend on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Factoring out the radial coordinate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we can examine the UV behavior in a reduced space of only two parameters. This is shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref> for a model in region I (top panels) and a model in region II (bottom panels), with the arrows pointing from UV to IR.</p><fig id="f2"><object-id>2</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f2</object-id><label>FIG. 2.</label><caption><p>UV behavior around the fixed flow solutions in spherical coordinates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Upper left: Full phase space in case of two fixed flow solutions. Upper right: Close-up at the region close to the two fixed points. Lower left: Full phase space in case of four fixed flow solutions. Lower right: Close-up at the region close to the four fixed points. UV divergent flows are in grey regions. Flows between fixed flows that do not cross the tree-level instability lines are in white regions; those that do cross are in red or blue regions depending on which quartic coupling is negative.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_2.eps"/></fig><p>In order for a trajectory to be connected to the Gaussian UV fixed point, the radial coordinate has to go to zero in the UV. Within the one-loop approximation, the change in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> is of the form <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The radial coordinate is, thus, only decreasing in regions of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>, the transition (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>) is shown as dashed grey lines. The regions with flows that cross this line and are, thus, not connected to the Gaussian UV fixed point, are colored grey. Similarly, we mark the regions with red and blue, where the flows cross the conditions for a bounded tree-level potential (dashed red and blue lines) depending on which quartic coupling is negative.</p><p>We show the UV behavior for the full phase space in the case of two solutions in the upper left panel of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref> and a close-up of the region around the two fixed flow points in the upper right panel. We note that one point is completely repulsive, while the other has one repulsive direction and one attractive direction (mixed). For the mixed case, the repulsive directions (the red and blue solid lines) separate the flows with UV asymptotic freedom (the red and blue shaded regions) from the ones that are UV divergent, i.e. the grey region. The attractive direction (the black line between two fixed flow points) separates the two tree-level symmetry-breaking regions. In the lower two panels of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>, we show the case of four fixed flow solutions. In this case, the two additional fixed points for the fixed flow open up a two-dimensional region where the flows are between fixed points without crossing the tree-level symmetry-breaking lines. This region is marked with white. One of the two additional fixed points for the fixed flows is fully attractive, while the other is with mixed properties. For the fully attractive one, only this exact relation of the three couplings is connected to the UV. This case therefore offers full predictability in the IR. This will be further discussed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2c">II C</xref>.</p><p>In the results discussed above, we factor out the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>-dependence of the couplings, which is valid within the one-loop approximation of the beta functions. Therefore Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref> is only adequate for describing the behavior close to the Gaussian UV fixed point. Starting from a point where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, such that the beta functions are well approximated by the one-loop expressions, we trust the flows in the backward direction (towards higher energies) outside the grey regions, since <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> is decreasing. On the contrary, we cannot follow the flows too far forwards, since the approximation is getting worse (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> increasing). However, we note that the change in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> is generally suppressed by a factor of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula> compared to the change in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, except at points close to the fixed flow directions, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This means that the relations among the three couplings can change substantially while the one-loop approximation is still valid. Seen from the UV perspective of the Gaussian fixed point (one-loop approximation), we expect the four-solution case to offer more possibilities to flow from the UV Gaussian fixed point to a possible IR fixed point because of the fully attractive fixed flow solution, which provides a region that seemingly does not cross the symmetry-breaking lines.</p><p>Here we summarize our conclusions from restricting the model to be CAF: <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, we show the region in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> within which there exists a window in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (with upper endpoint given by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>), for which the models are CAF. We note that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the whole region.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>The size of the window depends on the position in the grey region of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>. Close to the upper border (i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> line) of the light grey region, the size of the window is vanishing. This behavior is evident from Table <xref ref-type="table" rid="t2">II</xref>, where we show the range of the window in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for the lowest combinations of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p></list-item><list-item><label>(iii)</label><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>, we illustrate the UV behavior in the vicinity of the Gaussian fixed point. In the two fixed flow solution case, there is one fully UV attractive direction and one with mixed properties. In the four fixed flow solution case, one of the two additional directions is fully UV repulsive while the other is mixed.</p></list-item></list></p></sec><sec id="s2b"><label>B.</label><title>Long distance conformality</title><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, we see that the whole region in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> corresponding to CAF models is contained in the region with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref>, we show that the existence of solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.4">(2.4)</xref> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, guaranties the existence of fixed points to the one-loop <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-subsystem, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> is treated as any nonzero, positive scale-dependent value.</p><p>In other words, if the gauge coupling has a fixed point (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>), then we already know that there exist values <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at one loop in the quartic subsystem. Following the ordering from the Weyl-consistency conditions <xref ref-type="bibr" rid="c42 c43 c44">[42–44]</xref>, we should treat the system at three loops in the gauge beta function together with the one-loop quartic beta functions. To keep the analysis in the main section light, we study here the two-loop gauge beta function together with the one-loop quartic beta functions, while the full result is presented in the Appendix <xref ref-type="app" rid="app4">D</xref>. At this order, the running of the gauge coupling still decouples from the quartic couplings. We derive the gauge fixed point, and compute the accompanying fixed points values of the quartic couplings. We find that in most cases all three couplings at the fixed points are perturbatively small, and we therefore do not expect the three-loop contributions to the running of the gauge couplings to quantitatively change the preliminary findings of the this section. In fact, we find that each higher-loop order contribution will be suppressed by a factor of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. This, on the other hand, requires us to restrict our IR analysis to models close to losing AF, such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≪</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, to achieve perturbative control of the loop expansion. In the generalized Veneziano limit, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula> in such a way that all ratios are kept constant, the loop suppression can be arbitrarily small, whereas for finite values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> the smallest value for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Further details are found in Appendix <xref ref-type="app" rid="app4">D</xref>.</p><p>If we write the two-loop gauge beta function as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, then the nontrivial fixed point occurs for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula>. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, this is an IR fixed point. The two-loop coefficient for the gauge beta function takes the form <disp-formula id="d2.6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>68</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>26</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math><label>(2.6)</label></disp-formula>The critical number of fermion flavors for this coefficient to be positive is <disp-formula id="d2.7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>34</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>13</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math><label>(2.7)</label></disp-formula>and since in our case, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we always have that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the functions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> define the window of existence for the infrared fixed point in the gauge coupling. From requiring the model to be CAF, we already know from the UV analysis, that if the gauge beta function has a nontrivial fixed point, then so does the quartic coupling subsystem. Therefore, the window for the existence of IR fixed points is the grey region in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> within <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The result is summarized in Table <xref ref-type="table" rid="t3">III</xref>, where the fixed points are determined numerically, and nonperturbative fixed points (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>) have been discarded. Comparing Table <xref ref-type="table" rid="t2">II</xref> with Table <xref ref-type="table" rid="t3">III</xref>, we conclude that the CAF condition is stronger than the condition for the existence of IR fixed points, meaning that any CAF model of this kind always possesses IR fixed points to this order in perturbation theory.</p><table-wrap id="t3" specific-use="style-2col"><object-id>III</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.t3</object-id><label>TABLE III.</label><caption><p>Window in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> that allow for IR fixed points with perturbative couplings, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. There are no solutions for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="10"><oasis:colspec align="left" colname="col1" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col2" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col3" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col4" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col5" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col6" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col7" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col8" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col9" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col10" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:thead><oasis:row><oasis:entry valign="top"/><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row></oasis:thead><oasis:tbody><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>11–21</oasis:entry><oasis:entry>14–26</oasis:entry><oasis:entry>16–32</oasis:entry><oasis:entry>19–37</oasis:entry><oasis:entry>21–43</oasis:entry><oasis:entry>24–48</oasis:entry><oasis:entry>27–54</oasis:entry><oasis:entry>29–59</oasis:entry><oasis:entry>32–65</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry>13–26</oasis:entry><oasis:entry>16–32</oasis:entry><oasis:entry>18–37</oasis:entry><oasis:entry>21–43</oasis:entry><oasis:entry>24–48</oasis:entry><oasis:entry>26–54</oasis:entry><oasis:entry>29–59</oasis:entry><oasis:entry>31–65</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>16–31</oasis:entry><oasis:entry>18–37</oasis:entry><oasis:entry>21–42</oasis:entry><oasis:entry>23–48</oasis:entry><oasis:entry>26–53</oasis:entry><oasis:entry>29–59</oasis:entry><oasis:entry>31–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>18–37</oasis:entry><oasis:entry>20–42</oasis:entry><oasis:entry>23–48</oasis:entry><oasis:entry>26–53</oasis:entry><oasis:entry>28–59</oasis:entry><oasis:entry>31–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>20–42</oasis:entry><oasis:entry>23–47</oasis:entry><oasis:entry>25–53</oasis:entry><oasis:entry>28–58</oasis:entry><oasis:entry>31–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>22–47</oasis:entry><oasis:entry>25–53</oasis:entry><oasis:entry>28–58</oasis:entry><oasis:entry>30–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>27–58</oasis:entry><oasis:entry>30–63</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>30-63</oasis:entry></oasis:row></oasis:tbody></oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap><p>In order for the results not to be significantly altered by higher-order contributions, we need to show that these higher-loop contributions are suppressed. This is shown in Appendix <xref ref-type="app" rid="app4">D</xref>. Here it is sufficient to say that a Banks-Zaks-like analysis <xref ref-type="bibr" rid="c45 c46">[45,46]</xref> is possible.</p><p>In the following, we will characterize the IR fixed points. To find eigendirections of the IR fixed points, we need to study the following matrix: <disp-formula id="d2.8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mtable columnalign="center center center"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo minsize="13ex" stretchy="true">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(2.8)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponds to the coupling solutions at the IR fixed points. In the convention that the RG flow runs from UV to IR, the positive (negative) eigenvalues represent IR attractive (repulsive) directions. In the region, where we have perturbative control of our IR fixed points, they inherit their characteristics from the corresponding fixed flow solutions. The third eigendirection, which is not part of the fixed flow picture (Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>), is dominated by the gauge coupling, and is always IR attractive. Within the region with two IR fixed points, we have one, which has two repulsive eigendirections, while the other fixed point has one repulsive and one attractive eigendirection. Combined with the third eigendirection, we can conclude that the one with two repulsive directions is only connected to the UV along a single trajectory, while the other one is connected through a one parameter family of trajectories. These trajectories all originate from the fully repulsive fixed flow direction. There is also a trajectory connecting the two IR fixed points. In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f3">3</xref>, we show the flow behavior around the IR fixed points on the plane of constant <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> in spherical coordinates. This allows us to see the similarities with the UV picture (Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>). In the case with four IR fixed points, we have additionally one fixed point with mixed properties and one which is fully IR attractive. Unlike from the previous case, the fully IR attractive fixed point has a three dimensional basin of attraction, implying IR conformal stability in all directions. In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f3">3</xref>, this is illustrated by a two dimensional region, since <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> is kept fixed. In Table <xref ref-type="table" rid="t4">IV</xref>, we provide a summary of the IR fixed points.</p><fig id="f3"><object-id>3</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f3</object-id><label>FIG. 3.</label><caption><p>IR flow behavior around the IR fixed points in spherical coordinates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> kept fixed at the IR fixed point, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Left: Close-up of the case with two IR fixed points. Right: Full phase space in the case of four IR fixed points. Each fixed point (magenta dot), has its eigendirections superimposed. Color coding: Red is IR attractive, Blue IR repulsive. The red dashed lines are the projections of the third eigen-directions (IR attractive) of the fixed point in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> onto the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-subspace. The shaded white region marks the region in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, where the quartic couplings become comparable to the gauge coupling at the fixed point, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and higher-order corrections are expected.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_3.eps"/></fig><table-wrap id="t4" specific-use="style-1col"><object-id>IV</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.t4</object-id><label>TABLE IV.</label><caption><p>Summary of IR fixed points and the number of their relevant and irrelevant eigenvalues.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="4"><oasis:colspec align="left" colname="col1" colsep="0" colwidth="40%"/><oasis:colspec align="center" colname="col2" colsep="0" colwidth="27%"/><oasis:colspec align="center" colname="col3" colsep="0" colwidth="27%"/><oasis:colspec align="center" colname="col4" colsep="0" colwidth="27%"/><oasis:thead><oasis:row><oasis:entry valign="top">Fixed point</oasis:entry><oasis:entry nameend="col4" namest="col2" valign="top">Eigenvalue</oasis:entry></oasis:row></oasis:thead><oasis:tbody><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row></oasis:tbody></oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap><p>We learn that CAF models with spin zero and spin half quarks also feature IR interacting fixed points. In Appendix <xref ref-type="app" rid="app3">C</xref>, we explore the connection in detail. In short, we can show that for fixed flows to exist with both <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> positive, there must be fixed points in the quartic subsystem of beta functions. These fixed points correspond fixed points for the full system since the gauge coupling has an IR fixed point as well (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> in the region with fixed points in the subsystem). The case where both <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are negative can be discarded by demanding a bounded scalar potential in the UV. The cases with one of the quartic coupling negative, could be realized without the existence of fixed points in the subsystem. However, for the particular <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> dependence of the coefficients for this model, this does not occur.</p></sec><sec id="s2c"><label>C.</label><title>Phase diagram</title><p>From the previous section, we know there exist two kinds of phase structures; one with two IR fixed points and another with four IR fixed points. On one hand, the four IR fixed points case requires quite large number of colors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and flavors <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> even for small values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. On the other hand, this scenario provides a fully IR predictive case. In other words, this group of models possesses a fully UV repulsive fixed flow, for which all relations among couplings are fixed, and we can thus fully determine the IR fate of the model at the highest known order in perturbation theory. We will in the following do this for the minimal choice of colors, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>26</mml:mn></mml:math></inline-formula>, which in order to satisfy the CAF conditions requires <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>138</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Afterwards, we will focus our attention on the general phases of the two types of phase structures. Note that, for simplicity, we assume all the particles to be massless. In general, the RG functions will be modified after symmetry breaking and a more sophisticated treatment will be required (e.g. threshold contributions need to be considered). In this sense, we only consider what happens until spontaneous symmetry breaking occur. A detailed study of the IR phases after symmetry breaking is beyond the scope of this work.</p><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f4">4</xref>, for our particular choice of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we show the running of the couplings from the UV (with coupling ratios fixed by the fully repulsive fixed flow) towards the IR. We show the result from using both the one-, two- and three-loop gauge beta function together with the one-loop beta function for the quartic couplings. It is evident, that both in the two-loop and three-loop gauge case, the IR fate of the model is long distance conformality.</p><fig id="f4"><object-id>4</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f4</object-id><label>FIG. 4.</label><caption><p>Renormalization group running of all couplings from the fully IR attractive fixed point to the fully UV repulsive fixed flow. All couplings are normalized in units of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. We use the one-loop beta functions for the quartic couplings together with the one-loop (dotted), two-loop (dashed), and three-loop (solid) gauge beta function.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_4.eps"/></fig><p>Similarly, we can solve the differential equations for each direction out of the Gaussian UV fixed point, and determine the IR fate anticipating and using the symmetry-breaking conditions derived in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3">III</xref>. In this way, we distinguish between three IR phases connected to the Gaussian UV fixed point. Long distance conformality (white) along with two kinds of spontaneous symmetry breaking (blue and red). Gray regions are not connected to the Gaussian UV fixed point.</p><p>In the left panel of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f5">5</xref>, we show the result of this analysis for a representative model with the two IR fixed point phase structure. We see that practically all directions connected to the UV, lead to spontaneous symmetry breaking. On the separatrices of the two symmetry-breaking regions, we find fine-tuned solutions reaching the IR fixed points, and solutions crossing the intersection of the two symmetry-breaking lines.</p><fig id="f5"><object-id>5</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f5</object-id><label>FIG. 5.</label><caption><p>Phase diagram for the case of two (four) fixed flows are shown in the left (right) panel in spherical coordinates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>θ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The initial radial coordinate, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>, is chosen close to the Gaussian fixed point, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The phases are then determined by analyzing the numerical solutions to the beta functions at three-loop order in the gauge coupling, together with the one-loop for the quartic couplings. The diagrams illustrate three IR phases connected to the Gaussian UV fixed point. Long distance conformality (white), two different spontaneous symmetry-breaking patterns (blue and red). Directions with trajectories not originating from the Gaussian UV fixed point are colored gray. The light red and light blue regions correspond to initial conditions with unbounded tree-level scalar potentials.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_5.eps"/></fig><p>In the right panel of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f5">5</xref>, the phase diagram for the other phase structure with four IR fixed points is shown. Here we have all three IR phases present.</p><p>We notice that the phase diagrams are basically identical to the UV picture in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>. From this we conclude, that the lowest-order approximations to the symmetry-breaking conditions together with the one-loop beta functions are good indicators for the IR fate of CAF models. This is tightly connected to the relation between fixed flows in the UV and fixed points in the IR together with the fact that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi></mml:math></inline-formula>-suppressed (in the UV) compared to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>θ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. However, for directions close to the fixed flows or the separatrices (where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>θ</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>ϕ</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>) we need higher-order terms to correctly describe the RG evolution. Even so, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> the affected regions are not directly visible, except for the phase of long distance conformality in between the four fixed flows.</p><p>For values of the gauge coupling larger than the one at the IR fixed points, other phases exists. However, these are not UV free and are therefore outside the focus of this work.</p><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f6">6</xref>, we show the RG flow of the couplings projected onto the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-planes and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-plane with the third coupling fixed. In each panel, we show the lines where spontaneous symmetry breaking occurs using the one-loop result from Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3b">III B</xref>. In the upper left panel, it is clear that the flows above the fixed flow line are not originating from the UV Gaussian fixed point (blue dot), whereas the flows below (unless in the broken phase, marked with gray) all emanate from the fixed point along the other fixed flow line. The same features are seen in the upper right panel. In the lower left panel, we see that only flows in the broken phase originate from the Gaussian UV fixed point, when the gauge coupling is kept fixed, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The lower right panel, shows the two IR fixed points on the plane <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>. We see that the symmetry-breaking lines both with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> seem to be identical. This illustrates that for couplings less than or comparable to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the tree-level result is still a good approximation. From these diagrams it is clear that the fixed points are all in the unbroken phase.</p><fig id="f6"><object-id>6</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f6</object-id><label>FIG. 6.</label><caption><p>Projected RG flow of the couplings onto the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-planes (upper left and right) and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-plane with the third coupling fixed to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> (lower left) and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> (lower right). In each panel, we show the lines where spontaneous symmetry breaking occurs (red and blue) including one-loop effects. The gray regions here are the broken phases. Solid dots are fixed points in the full system, while circles mark fixed points in the reduced systems with one coupling kept fixed. Dashed lines mark the fixed flow lines for the reduced systems.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_6.eps"/></fig><p>We have so far uncovered the conditions for the models to be completely asymptotically free and shown numerically that these conditions are stronger than the conditions for the existence of IR fixed points. Furthermore, we have described the phase structure of the models anticipating three infrared phases (two types of radiative symmetry breaking and a phase of long distance conformality) using conditions which will be derived in the following section.</p></sec></sec><sec id="s3"><label>III.</label><title>SYMMETRY BREAKING</title><p>In order to understand the infrared phases of the models, we now address the question of radiative stability of the scalar potential. In this section, we will derive the tree-level stability conditions (flat directions) for the relevant vacuum configurations and derive their corresponding symmetry-breaking patterns. Afterwards, we will address the same problem beyond the tree-level analysis, referring the reader to the Appendix for the computational details.</p><sec id="s3a"><label>A.</label><title>Tree-level analysis</title><p>The tree-level analysis is the limiting case when the gauge contributions are turned off (i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>α</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) and higher-order terms proportional to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are ignored. Thus, the boundary of the broken phase is a line in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> coupling space rather than a two-dimensional surface in the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> space.</p><p>The tree-level potential has the following form: <disp-formula id="d3.1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.1)</label></disp-formula>where the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> scalar field matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> is invariant under <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> rotations. For the scalar potential to be bounded from below, at sufficiently high-energy scales, the quartic couplings have to satisfy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:msup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, which ranges from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and 1. To illustrate the symmetry-breaking pattern, it will be convenient to replace the traces with sums over the eigenvalues and subsequently find the minimum of the potential in the eigenvalue space. To that end, it will be useful to write the matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> in the form <disp-formula id="d3.2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.2)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are unitary matrices and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a matrix which is diagonal in a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> block (with real entries) and zero everywhere else, assuming that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (which is true for the CAF conditions to be satisfied). Although this is a well-known result, we summarize the proof in Appendix <xref ref-type="app" rid="app5">E</xref>. We emphasize that this is not a local flavor and color transformation, but simply rewriting the matrices <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> in terms of different degrees of freedom. In the symmetry-breaking section, we are just interested in finding the vacuum configurations which are spacetime independent. Once the minimum is found, the matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be rotated back to give the field value corresponding to the minimum in the original basis. As a result, this procedure does not give rise to additional terms from the kinetic part of the Lagrangian. Thus, the potential can be rewritten as <disp-formula id="d3.3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.3)</label></disp-formula>i.e. all the dependence on the unitary matrices <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vanishes. The one-loop effective potential will likewise depend only on the components of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> and so only the components of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> can obtain nonzero vacuum expectation values.</p><p>The relevant degrees of freedom relevant in understanding the behavior of the effective potential are the diagonal part diag <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The tree-level potential can, thus, be simplified into the following form, <disp-formula id="d3.4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.4)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> could be positive, zero or negative. For a positive mass term, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the potential has minimum at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and this excludes symmetry breaking, while for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we will have spontaneous symmetry breaking as long as the potential is bounded. One can further show that the nontrivial vacuum configurations for the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> case at tree level are the same as in the massless cases at tree level (a detailed proof is in <xref ref-type="bibr" rid="c47">[47]</xref>).</p><p>Restricting to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> case,<fn id="fn2"><label><sup>2</sup></label><p>The massless case corresponds to classically conformal models which possess many interesting features such as providing naturally light Higgs in asymptotically safe or free scenarios <xref ref-type="bibr" rid="c17">[17]</xref> (see also earlier works <xref ref-type="bibr" rid="c48 c49 c50">[48–50]</xref>).</p></fn> we will now follow Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c40">[40]</xref> to determine the rays along which the potential vanishes. Without loss of generality we constrain the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>’s on an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>-dimensional hypersphere, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The constraint is imposed on the potential through a Lagrange multiplier <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>L</mml:mi></mml:math></inline-formula>, leading to <disp-formula id="d3.5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.5)</label></disp-formula>The condition to minimize the potential is then given by <disp-formula id="d3.6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>L</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.6)</label></disp-formula>providing the solutions <disp-formula id="d3.7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>or</mml:mtext><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.7)</label></disp-formula>It is clear that at the extrema of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> on the sphere, all nonzero elements of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> will be equal. Suppose there are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> nonzero elements with value <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, then we find that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and we obtain <disp-formula id="d3.8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>ext</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.8)</label></disp-formula>When <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the potential attains a minimal value at the extremum with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> as large as possible, leading to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> <disp-formula id="d3.9"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.9)</label></disp-formula>whereas if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the potential will be minimal for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, i.e., <disp-formula id="d3.10"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.10)</label></disp-formula></p><p>In order for the direction to be flat, we require the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> to obtain a ray on which loop effects can induce spontaneous symmetry breaking. These rays exist under two conditions: <disp-formula id="d3.11"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mtext>For</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math><label>(3.11)</label></disp-formula><disp-formula id="d3.12"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mtext>For</mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>:</mml:mo><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.12)</label></disp-formula>These lines are summarized in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f7">7</xref>. In the figure, we overlap two sets of coordinates <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>, for which the lines coincide. Requiring the potential to be bounded from below, implies the RG flow in the UV (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:math></inline-formula>) to be in region I. However for a completely asymptotically free model, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. To plot these models in the diagram, it is useful to use the alternative parameters <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, for which the UV fixed point is not at the origin. This condition was used in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2a">II A</xref> to correctly find the CAF models. For spontaneous symmetry breaking to occur, the RG flow (from UV to IR) must run from region I to region II regardless of the chosen set of coordinates.</p><fig id="f7"><object-id>7</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f7</object-id><label>FIG. 7.</label><caption><p>Boundary lines in the parameter space <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>), with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>, across which symmetry breaking can occur. In region I, the tree-level potential is bounded from below, whereas it is unbounded in region II.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_7.eps"/></fig><p>We will now discuss the symmetry-breaking patterns. These can be directly read from the vacuum configurations as follows.</p><p>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> is minimized when there is only one nonzero <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, which leads to the following form of the vacuum configuration: <disp-formula id="d3.13"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.13)</label></disp-formula>The corresponding symmetry-breaking pattern is <disp-formula id="d3.14"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.14a1" stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.14)</label></disp-formula>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>V</mml:mi></mml:math></inline-formula> is minimized when there are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> nonzero <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, providing <disp-formula id="d3.15"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.15)</label></disp-formula>In this case, the symmetry-breaking pattern is <disp-formula id="d3.16"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.16a1" stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.16)</label></disp-formula>These symmetry-breaking patterns are worked out in detail in Appendix <xref ref-type="app" rid="app6">F</xref>.</p><p>This concludes the tree-level analysis, naturally leading to the question as to whether or not higher orders can affect these findings. This will be discussed momentarily.</p></sec><sec id="s3b"><label>B.</label><title>Quantum corrections</title><p>At the quantum level, there are two interesting cases classified according to how quartic coupling <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> scaling with gauge coupling <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>. <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>The Gildener Weinberg case <xref ref-type="bibr" rid="c39">[39]</xref>: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> scale linearly with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> (i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>λ</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>Alternative symmetry-breaking case (main focus in this section): <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>λ</mml:mi></mml:math></inline-formula> scale with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> (i.e.<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>λ</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>)</p></list-item></list></p><p>The Gildener Weinberg case works where the scalar couplings <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> scale linearly with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> (i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>λ</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). In this region, the classical (tree-level) symmetry-breaking lines Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.11">(3.11)</xref> or <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.12">(3.12)</xref> derived in the previous section remains intact. This is because quantum corrections will provide extra term <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> in the tree-level lines Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.11">(3.11)</xref> or <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.12">(3.12)</xref> which is negligible since we are studying in the region <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> and thus <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In Gildener Weinberg case, the curvature of the effective potential generally will be proportional to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> and we need to choose a flat direction (to make curvature <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>), along which quantum corrections can induce radiative symmetry breaking when the RG flows cross the lines Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.11">(3.11)</xref> or <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.12">(3.12)</xref>.</p><p>At the quantum level, interesting possibilities for the vacuum structure of the model may emerge when scalar and gauge couplings start competing (i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>). As it can be seen from the UV picture in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f2">2</xref>, there are UV free trajectories which run arbitrarily close to the origin in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-space (indicated by a black dot), where the condition for the second case <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> holds. In these cases, the tree-level potential is approximately flat in all directions, and the symmetry breaking is dominated by the gauge loop contributions. The symmetry breaking is therefore no longer restricted to the symmetry-breaking patterns discussed in the previous section. This possibility was first pointed out in <xref ref-type="bibr" rid="c40">[40]</xref> and we will explore the possibilities of alternative symmetry-breaking patterns by using RG improvement in the following. This scenario is phenomenologically interesting, since when all directions are flat, the model could radiatively generate a spectrum for all the scalar masses (see e.g. <xref ref-type="bibr" rid="c50 c51 c52">[50–52]</xref>), as compared to the Gildener-Weinberg scenario <xref ref-type="bibr" rid="c39">[39]</xref>, where the only radiatively generated scalar mass is the mass of the scalon.</p><p>There are two main ways to implement the one-loop effects: explicit logarithmic summation (see e.g. <xref ref-type="bibr" rid="c51 c52 c53 c54">[51–54]</xref>) or implicit logarithmic summation (see e.g. <xref ref-type="bibr" rid="c55">[55]</xref>). In this work, we focus mainly on the method of implicit RG improvement because the explicit calculations shown in Appendix <xref ref-type="app" rid="app8">H</xref> require diagonalization of the mass matrices which quickly becomes impractical for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the fundamental representation. The RG improvement method developed in this section could be generalized to arbitrary symmetry groups and representations.</p><p>The renormalization group improved effective potential is: <disp-formula id="d3.17"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo id="d3.17a1">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="d3.17a1">⁢</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.17)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> is defined as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with renormalization scale <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>μ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the anomalous dimension of the scalar field. The model at hand generally does not allow for a Yukawa coupling, and therefore the anomalous dimension <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> will, at one-loop level, be of order <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>. In the case where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the anomalous dimension will give rise to terms of the form <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi>γ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the minimization condition which can be regarded as higher-order effects. We can therefore further simplify the RG improved effective potential, Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.17">(3.17)</xref>, to <disp-formula id="d3.18"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo id="d3.18a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.18a1">≡</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.18)</label></disp-formula>where we introduced functions <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> for convenience.</p><p>The RG improved minimization condition is given by: <disp-formula id="d3.19"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo id="d3.19a1">≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indenttarget="d3.19a1">=</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.19)</label></disp-formula>Now it is clear that although the effective potential is of the form of the tree level potential, the one-loop information is encoded through the RG functions (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula>).</p><p>In order for alternative vacuum configurations to exist, we need a number of distinct values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> to satisfy Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.19">(3.19)</xref>, which is different from the tree level assignments of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> [i.e. Eqs. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.13">(3.13)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.15">(3.15)</xref>]. For each distinct nonzero value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, the minimization condition corresponds to a nontrivial constraint on the couplings. Since we have three marginal couplings <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, we therefore expect that at most there could be two distinct vacuum expectation values to fully determine symmetry-breaking lines in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>-space. In the case with three distinct vacuum expectation values, all three couplings will be fully determined and the system is already overdetermined. An exception to this is when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>; then there is only a single constraint on the remaining couplings which depends on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>We assume in the following that the vacuum configuration to be such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi></mml:math></inline-formula> positive and different from unity, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> values equal to zero. From Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.19">(3.19)</xref>, we get two constraints on the couplings.</p><p>By solving Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.19">(3.19)</xref>, we obtain <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> at the broken scale. In this special case, the boundary sheets between the unbroken phase and broken phases become boundary lines; for each <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi></mml:math></inline-formula>, this corresponds to a particular curve on the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> plane. It seems we could have alternative vacuum configurations and symmetry-breaking patterns since <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi></mml:math></inline-formula> could be any non-negative value. As we explore further, we find in this case one of the eigenvalues of the mass matrix will always be negative, violating the vacuum stability conditions discussed below. Hence the alternative symmetry-breaking patterns scenario yields unphysical solutions.</p><p>Furthermore, the effective potential needs to be stable at the vacuum configuration, we therefore derive the eigenvalues of the Hessian matrix <disp-formula id="d3.20"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>≡</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy="true">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>vacuum</mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(3.20)</label></disp-formula>where all three RG functions (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>) are encoded. A stable vacuum and physical scalar masses requires the eigenvalues to be non-negative.</p><p>We find that these requirements cannot be met [two distinct VEVs will always lead to one negative mass eigenvalue throughout Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.20">(3.20)</xref>] unless <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> is either 1 or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. These are exactly the tree level vacuum configurations, implying no alternative symmetry-breaking patterns are found in this model beyond the two discussed at the tree level analysis, i.e. Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.14">(3.14)</xref> and Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.16">(3.16)</xref>.</p><p>In Appendix <xref ref-type="app" rid="app7">G</xref>, we carry out the analysis of the case with (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>). We find that the RG improved boundary lines <xref ref-type="disp-formula" rid="dg3">(G3)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="dg5">(G5)</xref> for the broken phases actually shift the tree level boundary lines when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. While, when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> the RG improved reduces to the tree level result. In this way, Fig. <xref ref-type="fig" rid="f14">14</xref> provides a detailed view of region near the origin of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f7">7</xref>.</p><p>Similarly, in Appendix <xref ref-type="app" rid="app8">H</xref>, we perform the same analysis based on the explicitly calculated one-loop effective potential in the Coleman-Weinberg renormalization scheme. There are differences in the exact conditions on the couplings for spontaneous symmetry breaking, but the corresponding vacuum configurations, and thus symmetry-breaking patterns, are identical and the regions satisfying the vacuum stability conditions (comparing Fig. <xref ref-type="fig" rid="f16">16</xref> with Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>) are similar and consistent in both renormalization schemes.</p></sec></sec><sec id="s4"><label>IV.</label><title>SUMMARY</title><p>We have simultaneously carried out a detailed study of the UV behavior and a classification of the IR phases of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> gauge theories with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> complex scalars and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> vector-like fermions in the fundamental representation.</p><p>This entailed a careful analysis of the conditions for complete asymptotic freedom (CAF). Interestingly, due to the presence of fundamental scalars, CAF requires a large number of colors, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and a large number of fermions. We find for specific combinations of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> a window in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for which the CAF conditions are satisfied. The most minimal case is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The CAF allowed number of fermions, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, is found to be close to the loss of asymptotic freedom in the gauge beta function. We show that the CAF conditions are, remarkably, more restrictive than the requirement for the model to have IR fixed points, when considering higher orders. This means that any CAF model of this kind displays long distance conformality, at least in some coupling direction. We stress that our results are within perturbative control.</p><p>When considering the infrared fate of the model, we discover two distinct phase structures. For most combinations of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> we have two IR fixed points, while for larger values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> small, four IR fixed points exist. For the models featuring two IR fixed points, neither of them are fully IR attractive and furthermore they reside on the separatrix between two radiatively broken phases. However for models featuring the four IR fixed points we observe that a fully IR attractive fixed point appears allowing for a stable phase of long distance conformality.</p><p>To investigate the possible existence of radiative symmetry breaking, we performed analyses both at tree- and one-loop levels. For the tree-level analysis, we used the conventional Gildener-Weinberg method, while at the quantum level, we used the renormalization group improved effective potential. The same two symmetry-breaking patterns were found for both analyses: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. This is despite the fact that the loop-level analysis allows one to study regions of phase space, where quantum corrections are dominating the vacuum configuration of the scalar fields.</p><p>Our analysis has shed light on the UV behavior and rich low energy phase structure of minimal extensions of QCD-like models featuring scalar quarks. We discovered that ensuring these models to be fully asymptotically free is related to the presence of long-distance conformality. Our results can be useful when constructing extensions of the standard model featuring vector-like dynamics.</p></sec></body><back><ack><title>ACKNOWLEDGMENTS</title><p>This work is partially supported by the Danish National Research Foundation under Grant No. DNRF:90. T. G. S. and R. B. M. are grateful for financial support from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC). Z. W. Wang thanks Matin Mojaza and Esben Molgaard for helpful discussions.</p></ack><app-group><app id="app1"><label>APPENDIX A:</label><title>DIFFERENT APPROACHES TO COMPLETE ASYMPTOTIC FREEDOM</title><p>There are several seemingly different requirements to ensure that complete asymptotic freedom exists. In fact, they are all equivalent approaches for finding fixed flow relations among the couplings. In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2a">II A</xref>, we impose Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.4">(2.4)</xref>, which reads <disp-formula id="da1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a scale-dependent quantity. If this requirement is satisfied and the system is well approximated by the one-loop beta functions, then this relation among the couplings will remain constant; in other words, the flow is fixed.</p><p>Another approach <xref ref-type="bibr" rid="c9">[9]</xref> is to factor out the known high-energy logarithmic scaling of the gauge coupling from all the three marginal couplings, i.e. <disp-formula id="da2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A2)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>μ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and look for solutions where the parameters <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> become constant for large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>, i.e. fixed flows. This can be stated as <disp-formula id="da3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo id="da3a1">=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo indentalign="id" indenttarget="da3a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A3)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> are the one-loop beta functions Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.2">(2.2)</xref> with couplings replaced by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mover accent="true"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The system Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="da3">(A3)</xref> is equivalent to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="da1">(A1)</xref>; however, this choice of parametrization conveniently fixes <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p><p>A related approach (see e.g. <xref ref-type="bibr" rid="c56 c57">[56,57]</xref>) is to study the gauge coupling <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> together with the ratios <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, 2. CAF can be formulated as asymptotic freedom for the gauge coupling (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>) together with at least one fixed point in the subsystem (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub></mml:math></inline-formula>). The benefit of this approach is that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> are functions only of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. However, we can write <disp-formula id="da4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A4)</label></disp-formula>which for large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula> can be stated in terms of the parameters Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="da2">(A2)</xref> as <disp-formula id="da5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(A5)</label></disp-formula>Imposing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo accent="true" stretchy="false">˜</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>), we see that this reduces to the remaining equations of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="da3">(A3)</xref>. In the following section, we use the same method to ultimately reduce Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="da3">(A3)</xref> to a single quartic polynomial in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p><p>Similarly, one can study the ratios of beta functions, as in <xref ref-type="bibr" rid="c11">[11]</xref>. In this case, the fixed flow condition becomes <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, which is equivalent to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="da4">(A4)</xref>.</p></app><app id="app2"><label>APPENDIX B:</label><title>QUARTIC POLYNOMIAL AND CLASSIFICATION OF ITS ROOTS</title><p>Here we provide the details for the procedure outlined in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2a">II A</xref> of reducing the fixed flow equation <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.4">(2.4)</xref> to a quartic equation in a single coupling, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>. We will use the discriminant method to classify the roots of the equation.</p><p>We want to find solutions to <disp-formula id="db1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B1)</label></disp-formula>in the case where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and the beta functions are given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.2">(2.2)</xref>. First we note that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is only a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> itself. We can, therefore, find the fixed flow solution for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> must satisfy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>22</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Clearly, the condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is only satisfied when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. We can now substitute <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula> into the remaining components of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db1">(B1)</xref>. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> it is convenient to introduce the rescaled couplings, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>, for which we can factor out the gauge coupling dependence of the last two components of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db1">(B1)</xref>. In other words, the two equations, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, can be written as <disp-formula id="db2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="db2a1">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>24</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="db2a1">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B2)</label></disp-formula>In the case, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the equations above no longer describe solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db1">(B1)</xref>, instead they correspond to the equations <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for constant <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. These solutions we refer to as fixed points in the quartic couplings subsystem, since in general the gauge coupling is not fixed.</p><p>Now, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we can solve the second equation in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and substitute into the first in order to obtain a quartic polynomial in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> (after multiplying with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>) <disp-formula id="db3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B3)</label></disp-formula>where <disp-formula id="db4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo id="db4a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>108</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mn>18</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="db4a1">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mrow><mml:mn>144</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="db4a1">=</mml:mo><mml:mn>144</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>25</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="db4a1">+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>108</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi>B</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi>B</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>42</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>84</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mrow><mml:mn>96</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="db4a1">=</mml:mo><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mrow><mml:mn>256</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="db4a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(B4)</label></disp-formula>In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2a">II A</xref>, we define the critical number of fermions, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, for which <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Then defining <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we can express <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Following Ref. <xref ref-type="bibr" rid="c58">[58]</xref>, the nature of the roots of a quartic equation of the form Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db3">(B3)</xref> is described by the following functions <disp-formula id="db5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo id="db5a1">=</mml:mo><mml:mn>256</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>192</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>128</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>144</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>144</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>80</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="db5a1">+</mml:mo><mml:mn>18</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>27</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>18</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="db5a1">=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="db5a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="db5a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo indentalign="id" indenttarget="db5a1">=</mml:mo><mml:mn>64</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:mi>a</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math><label>(B5)</label></disp-formula></p><p>Since we are interested in real roots, we have the following relevant cases: <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>If <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then the equation has two distinct real roots.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>If <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, while <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then all four roots are real and distinct.</p></list-item><list-item><label>(iii)</label><p>If <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, then the equation has a multiple root and several scenarios exist.</p><p>Only when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> are none of the roots real.</p></list-item></list>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, we show the regions in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>. The upper region satisfies condition (i), the lower region satisfies condition (ii), while the borders satisfy the condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In the range <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, there are no integer solutions to the last condition.</p></app><app id="app3"><label>APPENDIX C:</label><title>CONNECTION BETWEEN FIXED FLOWS AND FIXED POINTS</title><p>In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2">II</xref>, we found that the set of models that are CAF is a subset of the models with interacting IR fixed points. This result was based on a numerical study of the two-loop gauge beta function together with the one-loop beta functions for the quartic couplings. The same study with three-loop gauge beta function is done in Appendix <xref ref-type="app" rid="app4">D</xref>. However restricting to the two-loop gauge beta function, we know that the running of the gauge coupling is independent of the quartic couplings. Within this approximation and inspecting the gauge coupling in isolation, the statement above appears easy to disprove. Writing the gauge beta function as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the set of models with AF is characterized by satisfying the condition, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, while the interacting IR fixed point is realized only when both <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In other words, requiring the model to have an interacting IR fixed point is a stronger condition than for the gauge coupling to be AF. This is the well-known result from Caswell, Banks and Zaks <xref ref-type="bibr" rid="c45 c46">[45,46]</xref>.</p><p>Adding on top of this the beta functions for the quartic couplings, we know from Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref> that the CAF condition reduces to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and at least a real solution to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref>, while the existence of an interacting IR fixed point requires at least a real solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> (not a constraint on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>) with at least one IR attractive direction. The direction towards the Gaussian fixed point will be IR attractive if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Clearly, our numerical findings in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2">II</xref> can be restated as follows: the set of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> for which there are solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> (constraint on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>) is a subset of the set of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> for which there are solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and simultaneously the set <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> satisfying the CAF conditions is a subset of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> satisfying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, such that the seemingly additional constraint is always implied.</p><p>The first inclusion was shown pictorially in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref> for specific choices of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> close to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. In the following, we will discuss this relation further and investigate the last inclusion in more depth.</p><p>Clearly, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is a common condition for both sets, while the CAF condition takes the form Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref>, the existence of fixed points in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, are the solutions to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, which can be written as <disp-formula id="dc1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dc1a1">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:malignmark/><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow other="silent"><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>24</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(C1)</label></disp-formula>in rescaled couplings. Notice, that this equation is equivalent to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref> without the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula>-terms. However, this derives from the fact that fixed points are solutions to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, while fixed flows are solutions to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In other words, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> is not a constraint for the fixed point equation, but a limit in which Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref> reduces to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc1">(C1)</xref>.</p><p>It is not an easy task to show that the set of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula> with real solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc1">(C1)</xref> is bigger than for Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. However, we can make some simple observations. Consider only solutions where both <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are positive. Then since both equations, evaluated at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, are positive for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula>, it is clear that there have to be a solution to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> before there can be a solution to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, since the latter are negative. For the cases where one or both of the two <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>’s are negative, this reasoning does not hold. By demanding a stable scalar potential, the case where both <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> are negative can be discarded. In this way, we are left with the cases with one of the quartic couplings being negative. Here we do not need to cross <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for both beta functions to satisfy <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and for general coefficients of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref>, this can be realized. However, for the particular <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> dependence of the coefficients for this model, it is not the case. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>≤</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the coefficient <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> is always positive. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the sign of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> depends on the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>. However, since <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for large values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, even when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> is a continuous function in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we can solve for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and check for real solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref>. Using the same method described in Appendix <xref ref-type="app" rid="app2">B</xref>, we find no real solutions with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>; we conclude, since we know that the region with real solutions is connected, that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for all obtained solutions. In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f8">8</xref>, we illustrate this fact by plotting the lower value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (blue line), as a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, above which there are solutions, together with the value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (red line) below which <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The two lines never intersect, and this supports the statement, that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> in the whole region of solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref>.</p><fig id="f8"><object-id>8</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f8</object-id><label>FIG. 8.</label><caption><p>The blue line marks the lower value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, as a function of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, above which there are solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref>. The red solid line is the value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> for which the curve, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, intersects <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Below this line there is a region with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> for which <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msqrt><mml:mn>3</mml:mn></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> the curve with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> does not intersect <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> (marked with gray dashed line). The dashed red line is straight line <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> below which the suppression of higher-loop contributions to the IR fixed points are of order one.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_8.eps"/></fig><p>We will now present the morphology of the phase diagram of the rescaled beta functions given by the left sides of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc1">(C1)</xref>. A study of the curves, where each one of the two beta functions is zero, leads to the conclusion, that in the region where the two distinct real roots exist, both roots will be positive and the phase diagram looks schematically like shown (dashed gray) in left panel Fig. <xref ref-type="fig" rid="f9">9</xref>. In the dark gray region of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, two roots are similar to the previous case and still positive, while the two additional roots in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are positive, but larger, and paired with negative values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The corresponding phase diagram is shown (dashed gray) in the right panel of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f9">9</xref>. The fixed points (gray dots) are solutions to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc1">(C1)</xref> where the gauge dependence is factored out. The relation to the actual couplings is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>, and the position of these points will therefore move unless the gauge coupling has a nontrivial fixed point. For models with CAF, we already know that there exists interacting IR fixed points, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p><fig id="f9"><object-id>9</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f9</object-id><label>FIG. 9.</label><caption><p>Morphology of the quartic phase diagram. Each gray dashed curve represent the zero-contour of one of the rescaled quartic beta functions. The blue solid lines (red dashed lines) mark the curves where the flow is pointing towards (away from) the origin. The grey dots are the fixed points in the quartic subsystem. Right: For the case of two solutions. Left: For the case of four solutions.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_9.eps"/></fig><p>In the UV, the gauge coupling is AF and the solutions in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are fixed flows which all go to zero. If we require the quartic couplings also to be AF, they need to be fixed in this geometrical rescaling along the fixed flows. Possible candidates are the points where the flow is pointing towards the origin, i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, i.e. the last two equations in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.4">(2.4)</xref>. Factoring out the gauge coupling, the condition becomes <disp-formula id="dc2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(C2)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>. When <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula>, this equation equals Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="db2">(B2)</xref>. Solving the equation for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> gives the blue solid lines in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f9">9</xref>, whereas the solutions for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> are shown as dashed red lines.</p><p>In order to leave the geometry in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> unchanged, the magnitude of the flow needs to match the change in the gauge coupling, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>, i.e. corresponding to a uniform contraction: <disp-formula id="dc3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(C3)</label></disp-formula>This condition is the fixed flow equations Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d2.4">(2.4)</xref> for the gauge and quartic couplings introduced in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2a">II A</xref>. Here we showed that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>. This means that the solutions to the CAF condition are specific points along the blue curves. In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f10">10</xref>, we plot the rescaled beta function, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula>, for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> along the line given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc2">(C2)</xref> parametrized by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. In the same picture, we superimpose the condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. From this plot, we see the relation between the fixed flow solutions (blue dots) and the fixed points in the quartic subsystem (gray dots). Furthermore, we see why they come in pairs, and since we assume the shape to be characteristic for the whole solution space, we understand why we always have fixed points in the quartic subsystem when we have fixed flow solutions.</p><fig id="f10"><object-id>10</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f10</object-id><label>FIG. 10.</label><caption><p>This shows the corresponding beta function of the flows along the lines shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f9">9</xref>, parametrized by <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. The dashed line is where the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula>. The grey dots are the fixed points in the quartic subsystem, and the blue dots are solutions to the fixed flow. Right: For the case of two solutions. Left: For the case of four solutions.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_10.eps"/></fig></app><app id="app4"><label>APPENDIX D:</label><title>THREE-LOOP GAUGE CONTRIBUTION ANALYSIS</title><p>As discussed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2b">II B</xref>, for a Weyl-consistent approach we would have to include the three-loop correction to the gauge renormalization group equation in our IR analysis. This takes the form <disp-formula id="dd1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo id="dd1a1">=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dd1a1">+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dd1a1">+</mml:mo><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1709</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2857</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>187</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>18</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>102</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1651</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>77</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dd1a1">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>29</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1315</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>56</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>73</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>36</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>335</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>108</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>49</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>77</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>143</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>216</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D1)</label></disp-formula></p><p>We notice that the gauge coupling is no longer decoupled from the quartic coupling system, which makes a similar approach to the one performed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2a">II A</xref> unavailable. We can however say some general things about the structure of the beta function, which now takes the form <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, unlike the case of the two-loop beta function, depend on the quartic couplings. Close to the Gaussian fixed point, following the reasoning of Sec. <xref ref-type="sec" rid="s2a">II A</xref>, the quartic couplings scale as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and the new terms in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> become of order <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>, such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> in this limit become <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>C</mml:mi></mml:math></inline-formula> from the two-loop case.</p><p>Similarly, we know from Appendix <xref ref-type="app" rid="app3">C</xref> that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, so as long as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>≪</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we obtain the same result that the dependence of the quartic couplings is moved to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> coefficient.</p><p>Here we will first argue that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> or smaller, and then use this result to show that the three-loop contribution to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> is sub leading in certain limits. Afterwards we will use a numerical approach to determine the IR fixed points and produce a table similar to Table <xref ref-type="table" rid="t3">III</xref>.</p><p>Studying the rescaled one-loop beta functions (left-hand side of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dc1">(C1)</xref> in the large <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, but fixed <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula>, limit, we find the rescaled couplings to be roughly of the order (leading term) <disp-formula id="dd2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="dd2a1">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="dd2a1">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="dd2a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(D2)</label></disp-formula>where the format is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the two fixed points we have in regions with two solutions, while <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>FP</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the additional ones in the four solution region. The value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math></inline-formula> is constrained from the slopes of the borders of the grey regions on Fig. <xref ref-type="fig" rid="f1">1</xref>, which means <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>∈</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0.84</mml:mn><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Notice, they all are of the order <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><p>The fixed point at two-loop order is given by <disp-formula id="dd3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>150</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>52</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>66</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(D3)</label></disp-formula>which in the same limit as taken above is <disp-formula id="dd4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>50</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(D4)</label></disp-formula></p><p>With these results at hand, we can determine the dominating terms in Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd1">(D1)</xref>. There are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> terms (counting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula>) coming from both <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula>, where the contributions from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>B</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula> (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>′</mml:mo></mml:msup></mml:math></inline-formula>) depend quadratically (linearly) on <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. However, when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>∝</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, these terms are suppressed by a factor of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and will thus only contribute to the sub leading terms of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd4">(D4)</xref>. The degree of suppression can roughly be estimated by comparing the blue solid line with the dashed red line in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f8">8</xref>. Assuming instead <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we can easily calculate the size of the corrections. These are shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f11">11</xref> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula>, respectively.</p><fig id="f11"><object-id>11</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f11</object-id><label>FIG. 11.</label><caption><p>Estimate of the relative size of the three-loop contribution. The dots mark integer values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula> in the left panel and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula> on the right. The excluded regions does not satisfy the CAF conditions. The dashed contours are values of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, while colored regions show the relative size of the three-loop contribution as <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dd3">(D3)</xref>, while <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>α</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>*</mml:mo></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the three-loop result assuming for simplicity that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>α</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_11.eps"/></fig><p>Following the numerical approach to determine the existence of IR fixed points, by solving <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>α</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>β</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we the results in Table <xref ref-type="table" rid="t5">V</xref>.</p><table-wrap id="t5" specific-use="style-2col"><object-id>V</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.t5</object-id><label>TABLE V.</label><caption><p>Window in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> that allow for perturbative IR fixed points for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:math></inline-formula>, when including the three-loop contributions of the gauge coupling beta function. There are no solutions for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="10"><oasis:colspec align="left" colname="col1" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col2" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col3" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col4" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col5" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col6" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col7" colsep="0" colwidth="10%"/><oasis:colspec align="center" colname="col8" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col9" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:colspec align="center" colname="col10" colsep="0" colwidth="11%"/><oasis:thead><oasis:row><oasis:entry valign="top"/><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry valign="top"><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row></oasis:thead><oasis:tbody><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>10–21</oasis:entry><oasis:entry>10–26</oasis:entry><oasis:entry>11–32</oasis:entry><oasis:entry>13–37</oasis:entry><oasis:entry>15–43</oasis:entry><oasis:entry>17–48</oasis:entry><oasis:entry>19–54</oasis:entry><oasis:entry>21–59</oasis:entry><oasis:entry>23–65</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry>10–26</oasis:entry><oasis:entry>11–32</oasis:entry><oasis:entry>13–37</oasis:entry><oasis:entry>15–43</oasis:entry><oasis:entry>17–48</oasis:entry><oasis:entry>19–54</oasis:entry><oasis:entry>21–59</oasis:entry><oasis:entry>22–65</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>11–31</oasis:entry><oasis:entry>13–37</oasis:entry><oasis:entry>14–42</oasis:entry><oasis:entry>16–48</oasis:entry><oasis:entry>18–53</oasis:entry><oasis:entry>20–59</oasis:entry><oasis:entry>22–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>12–37</oasis:entry><oasis:entry>14–42</oasis:entry><oasis:entry>16–48</oasis:entry><oasis:entry>18–53</oasis:entry><oasis:entry>20–59</oasis:entry><oasis:entry>22–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>14–42</oasis:entry><oasis:entry>16–47</oasis:entry><oasis:entry>17–53</oasis:entry><oasis:entry>19–58</oasis:entry><oasis:entry>21–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>15–47</oasis:entry><oasis:entry>17–53</oasis:entry><oasis:entry>19–58</oasis:entry><oasis:entry>21–64</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>19–58</oasis:entry><oasis:entry>21–63</oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry/><oasis:entry>20–63</oasis:entry></oasis:row></oasis:tbody></oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap><p>As expected, when comparing Tables <xref ref-type="table" rid="t3">III</xref> and <xref ref-type="table" rid="t5">V</xref> we see that the upper boundary of the window in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> remains unchanged when including the three-loop contribution to the gauge beta function. The lower boundary, however, is lowered. Furthermore, we find the existence of another lower limit of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> which lies above the CAF solutions. For any value of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> above this limit the system exhibits IR fixed points. These are not shown in the table.</p></app><app id="app5"><label>APPENDIX E:</label><title>DIAGONALIZATION OF S</title><p>We start by left-multiplying <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> by an appropriate <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> matrix. To find it, note that an arbitrary unitary matrix satisfies the following two properties: <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>Each row <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:munder><mml:mo>∑</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mi>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This imposes a constraint on one degree of freedom for each row.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>Each pair of columns (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>A</mml:mi></mml:math></inline-formula>,<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula>) with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mi>B</mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Each of these imposes a constraint on two degrees of freedom (one complex number).</p></list-item></list>Proceeding row-by-row, the first row has <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> degrees of freedom (only the first constraint) and the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>th row now has <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> degrees of freedom (first constraint and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> second constraints). Now, this matrix multiples the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> complex matrix. We can conclude that <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>If <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we have enough freedom to set all entries of the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>th row of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> to 0. Solving for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math></inline-formula>, we can conclude that we can set <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> rows to 0.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>For row numbers greater than <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we will have <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> degrees of freedom remaining. Starting from <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, we will be left with 1,3,5,… degrees of freedom, which translates to one real number and 0,1,2,… complex numbers.</p></list-item></list>Having cast <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> into a triangular form, we can right-multiply it by an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> matrix and repeat the argument to arrive with matrix that is diagonal in one <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>×</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> block.</p><p>Decomposing <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> in terms of a vacuum expectation value part (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:math></inline-formula>) and a diagonal perturbation (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></inline-formula>), the field <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula> can finally be written in the form <disp-formula id="de1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(E1)</label></disp-formula>From the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:math></inline-formula> term, we can find the combination of generators which do not leave the vacuum invariant, which will define our symmetry-breaking pattern. These generators will correspond to the Goldstone bosons. Note that the Goldstone fields corresponding to the color symmetry, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>, can be set to zero by an appropriate choice of gauge (unitary gauge), in which some of the vector bosons become massive. The Goldstone fields corresponding to flavor symmetry on the other hand become real, massless degrees of freedom.</p></app><app id="app6"><label>APPENDIX F:</label><title>SYMMETRY BREAKING PATTERNS</title><p>In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3a">III A</xref>, we found from the tree-level analysis two possible vacuum configurations of the scalar fields.</p><p>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the tree-level potential is minimized when there is only one nonzero vacuum expectations value of the scalar matrix, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi></mml:math></inline-formula>, i.e. <disp-formula id="df1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(F1)</label></disp-formula></p><p>For <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the potential is minimized when there is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> nonzero elements, i.e. <disp-formula id="df2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">⟨</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">⟩</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(F2)</label></disp-formula></p><p>In the following, we will derive the corresponding symmetry-breaking patterns. To do so, we return to Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="de1">(E1)</xref> and note first that canonical normalization of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>π</mml:mi></mml:math></inline-formula> fields requires <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:msqrt></mml:math></inline-formula> in both symmetry-breaking cases. We are looking for combinations of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which leave the vacuum state invariant, in other words satisfy the relation <disp-formula id="df3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(F3)</label></disp-formula>We will now consider both cases separately, starting with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>ρ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> case. Assuming <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we can divide the total of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> generators (including <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> diagonal ones) of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into four different categories: <list list-type="order"><list-item><label>(1)</label><p>All color generators, with nonzero entries when both indices are in range <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> (total: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> out of which <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> are diagonal). These clearly satisfy <xref ref-type="disp-formula" rid="df3">(F3)</xref> with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. These generators form an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> algebra.</p></list-item><list-item><label>(2)</label><p>All color generators with nonzero entries when both indices are in <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> range and all flavor generators except identity (total <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> out of which <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math></inline-formula> are diagonal). In this case, we can choose the generators such that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and noting that all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup></mml:math></inline-formula> commute with <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:math></inline-formula> (because it is a diagonal matrix), we can write <xref ref-type="disp-formula" rid="df3">(F3)</xref> as <disp-formula id="df4"><mml:math display="block"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math><label>(F4)</label></disp-formula>which implies that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> by linear independence of SU(N) generators. This implies that there are <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> unbroken generators when <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which form an algebra of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> broken generators.</p></list-item><list-item><label>(3)</label><p>Remaining diagonal generators (total: 2). These are the identity matrix of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and one matrix from the Cartan subalgebra of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, which we will call <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>. We require <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>Tr</mml:mi><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>I</mml:mi></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>≠</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and in particular for all the diagonal Cartan subalgebra generators. But we have already considered above all the generators which form an <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> Cartan subalgebra on the first <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> entries and are zero on the remaining ones and all the generators that form a Cartan subalgebra on the last <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> entries and are zero in the first <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> entries. The only way the trace condition can be satisfied is if <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> is separately proportional to the identity matrix on the first <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> entries and on the last <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> entries, with proportionality constants chosen in such a way that it is traceless (as required by the algebra of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>). But the fact that the matrix is proportional to the identity on the first <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> entries implies that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>t</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msup><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi><mml:mo>∝</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi></mml:math></inline-formula> and we can choose the coefficient <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>π</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> together with the coefficient of the identity matrix in flavor space in such a way that the symmetry is unbroken. As a consequence, we have one unbroken generator, which corresponds to the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> symmetry, while the other generator is broken.</p></list-item><list-item><label>(4)</label><p>The next type of generator we will consider are off-diagonal generators with nonzero entries where one index is in (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>…</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>) range and the other is in (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula>) range (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> total). These will necessarily break the vacuum, because the second term of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="df3">(F3)</xref> would need to transform a row of zeroes into one containing a <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p></list-item></list>We have thus classified all the generators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and conclude that the symmetry-breaking pattern corresponding to vacuum 1 is <disp-formula id="df5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:malignmark/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="df5a1" stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(F5)</label></disp-formula></p><p>The other symmetry-breaking pattern has the vacuum configuration which is zero everywhere except for the (1,1) entry. We again discuss the broken and unbroken generators by splitting <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> generators into three different groups. <list list-type="order"><list-item><label>(1)</label><p>All generators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> with vanishing first row and column (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> generators, including <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math></inline-formula> diagonal ones) These generators annihilate the vacuum by themselves and are therefore all unbroken. The corresponding symmetry subgroup is <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></list-item><list-item><label>(2)</label><p>All off-diagonal generators with nonvanishing entries in the first row and column (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> generators) The generators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> will change the row in which <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> appears, while the generators of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> will change the column in which the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:math></inline-formula> appears, so there is no combination, which will leave the vacuum invariant—all these generators are broken.</p></list-item><list-item><label>(3)</label><p>Remaining diagonal generators (2 generators) The remaining generators are one <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> generator and one <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> generator, which are diagonal with nonzero first entry. This implies that the action of each of these generators on the vacuum will be proportional to the vacuum state, and we can tune the corresponding fields so that the symmetry generator corresponding to this linear combination vanishes, as before. We are therefore left with one broken generator and one unbroken generator, which corresponds to anouther <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> symmetry.</p></list-item></list>In conclusion, the symmetry-breaking pattern in this case is <disp-formula id="df6"><mml:math display="block"><mml:malignmark/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="df6a1" stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math><label>(F6)</label></disp-formula></p></app><app id="app7"><label>APPENDIX G:</label><title>RENORMALIZATION GROUP IMPROVED EFFECTIVE POTENTIAL</title><p>The formalism for studying spontaneous symmetry breakdown using the RG improved effective potential was introduced in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3b">III B</xref>. Here we will analyze the derived conditions for the case with (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>31</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula>).</p><p>We first focus on the case where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, which corresponds to the case of Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.16">(3.16)</xref> and plot the results in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>. We calculate the Hessian matrix using Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.20">(3.20)</xref>. The first two eigenvalues are degenerate and lead to the following constraint: <disp-formula id="dg1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>17</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(G1)</label></disp-formula>where we have already ignored the higher-order terms <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the above expression. The above vacuum stable line is shown in red in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>. The third mass eigenvalue will lead to (again ignoring higher-order terms) <disp-formula id="dg2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>119</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>48</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(G2)</label></disp-formula>which is shown in green in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>. In addition, the RG improved boundary line will be given by Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.19">(3.19)</xref> with respect to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, leading to <disp-formula id="dg3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mn>35</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>240</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>611</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>13440</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>140</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>38592</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>768</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(G3)</label></disp-formula>which is the blue line in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>.</p><fig id="f12"><object-id>12</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f12</object-id><label>FIG. 12.</label><caption><p>In this figure, we choose a particular slice at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula> perpendicular to the gauge coupling direction. The blue line corresponds to the symmetry-breaking boundary line while the green and red lines come from two vacuum stability conditions. The blue shaded region represent the broken phase <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_12.eps"/></fig><p>We combine the above two vacuum stability lines with the RG improved boundary line for the broken phase in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>. It is very clear that when RG flows run into the shaded region (shown in blue), the symmetry is broken and we have the symmetry-breaking pattern: <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p><p>We likewise plot in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f13">13</xref> the results for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. In this case, the two degenerate mass eigenvalues and one nondegenerate mass eigenvalue provide the following two constraints <disp-formula id="dg4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="dg4a1">≥</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>144</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>805</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>144</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>;</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="dg4a1">≤</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>96</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mn>35</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>96</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>305</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4992</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>384</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(G4)</label></disp-formula>which correspond to the purple and orange lines, respectively, in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f13">13</xref>. Furthermore, by using Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.19">(3.19)</xref> with respect to <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, the RG improved boundary line for the broken phase (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>) is <disp-formula id="dg5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≤</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>96</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:mn>35</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>96</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>305</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>140</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4992</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:malignmark/></mml:mrow></mml:math><label>(G5)</label></disp-formula>and is shown in black in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f13">13</xref>. The two vacuum stability lines and the RG improved boundary line for the broken phase (for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> case) are together illustrated in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f13">13</xref>.</p><fig id="f13"><object-id>13</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f13</object-id><label>FIG. 13.</label><caption><p>In this figure, we choose a particular slice at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula> perpendicular to the gauge coupling direction. The black line corresponds to the symmetry-breaking boundary line while the orange and purple lines come from two vacuum stability conditions. The blue shaded region represent the broken phase <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_13.eps"/></fig><p>In Fig. <xref ref-type="fig" rid="f14">14</xref>, we combine the above two cases, with the two shaded regions representing the broken phases <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, respectively. Note that Fig. <xref ref-type="fig" rid="f14">14</xref> is consistent with the tree level diagram (Fig. <xref ref-type="fig" rid="f7">7</xref>) in the previous section. From the previous section, it is clear that the RG improved boundary lines <xref ref-type="disp-formula" rid="dg3">(G3)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="dg5">(G5)</xref> for the broken phases actually shift the tree level boundary lines slightly, as described in <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.11">(3.11)</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.12">(3.12)</xref>, at the origin of the coupling space <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Magnification near the origin of Fig. <xref ref-type="fig" rid="f7">7</xref> yields the detailed structure shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f14">14</xref>. When scalar couplings are large the coarse grained picture in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f7">7</xref> emerges.</p><fig id="f14"><object-id>14</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f14</object-id><label>FIG. 14.</label><caption><p>In this figure, we choose a particular slice at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula> perpendicular to the gauge coupling direction. The blue and black lines correspond to the symmetry-breaking boundary lines while the orange, purple, red and green lines come from four vacumm stability conditions, respectively. The two shaded regions represent the broken phases <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, respectively.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_14.eps"/></fig><p>Combining the boundary lines for the broken phases and the vacuum stability lines with the RG flows yields Fig. <xref ref-type="fig" rid="f15">15</xref>. We have chosen the particular slice at <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.044</mml:mn></mml:math></inline-formula> which is the coupling value of the Banks-Zaks fixed points. Note that the scalar quartic couplings have been rescaled to be compatible with the stream plot; the couplings on the axes are the rescaled couplings (with much larger values than the physical couplings).</p><fig id="f15"><object-id>15</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f15</object-id><label>FIG. 15.</label><caption><p>In this figure, we choose a particular slice <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.044</mml:mn></mml:math></inline-formula> which is the coupling value of the Banks-Zaks fixed points. The two shaded regions represent the broken phases <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula>, respectively.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_15.eps"/></fig><p>The Banks Zaks fixed point shown in blue is fully repulsive in this slice and plays the role of an interacting UV fixed point (in this two-dimensional slice). It is very clear that there are RG flows running from this interacting UV fixed point (blue) towards the CP3 region (where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>≥</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, shown in shaded blue). It is also clear that, in the two-dimensional slice, there are also RG flows running from interacting UV fixed point towards the Gildener Weinberg region (where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>) of the broken phase. Since there is no particular boundary between these two regions, we obtain phases with complete asymptotic safety in the UV (with perturbative couplings) and symmetry breaking in the IR regardless of whether scalar couplings scale with lower powers of the gauge coupling (Gildener-Weinberg) or higher (CP3). Furthermore, there are two attractive directions of the fixed point (one coming from the UV Gaussian fixed point and run into the plane (through back of the plane) the other one running into the plane through the front). Hence, there are some flows that do not come directly from the blue fixed point in this two-dimensional slice but run from the UV Gaussian fixed point, passing the IR fixed point and run towards the CP3 region. A similar conclusion holds for the Gildener Weinberg region. Thus there exist phases that are completely asymptotically free in the UV, symmetry breaking in the IR, and walking behavior in the middle regardless of whether scalar couplings scale with lower powers of the gauge coupling (Gildener-Weinberg) or higher (CP3). The symmetry breaking patterns are summarized in Table <xref ref-type="table" rid="t6">VI</xref>.</p><table-wrap id="t6" specific-use="style-2col"><object-id>VI</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.t6</object-id><label>TABLE VI.</label><caption><p>Two categories (tree-level and loop-level analysis) and four scenarios (according to whether <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>) are summarized in the table.</p></caption><oasis:table frame="topbot"><oasis:tgroup cols="3"><oasis:colspec align="left" colname="col1" colsep="0" colwidth="29%"/><oasis:colspec align="center" colname="col2" colsep="0" colwidth="30%"/><oasis:colspec align="left" colname="col3" colsep="0" colwidth="60%"/><oasis:thead><oasis:row><oasis:entry valign="top">Scenarios</oasis:entry><oasis:entry align="center" valign="top">Boundary lines</oasis:entry><oasis:entry align="center" valign="top">Symmetry breaking pattern</oasis:entry></oasis:row></oasis:thead><oasis:tbody><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>(tree) <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.11">(3.11)</xref></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>(tree) <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.12">(3.12)</xref></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>(loop) <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dg3">(G3)</xref></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row><oasis:row rowsep="0"><oasis:entry>(loop) <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&lt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula></oasis:entry><oasis:entry>Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dg5">(G5)</xref></oasis:entry><oasis:entry><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula></oasis:entry></oasis:row></oasis:tbody></oasis:tgroup></oasis:table></table-wrap></app><app id="app8"><label>APPENDIX H:</label><title>ONE-LOOP EFFECTIVE POTENTIAL</title><p>In Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3b">III B</xref>, we used RG improvement to analyze the effective potential. This approach has several advantages: <list list-type="roman-lower"><list-item><label>(i)</label><p>Loop-level contributions are already encoded in the RG functions. No explicit calculations of loop contributions to the effective potential are required.</p></list-item><list-item><label>(ii)</label><p>No initial assumption about <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> is required. All orders of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi></mml:math></inline-formula> are summed and already encoded.</p></list-item><list-item><label>(iii)</label><p>Both gauge loop and scalar loop contributions are included.</p></list-item><list-item><label>(iv)</label><p>It is much easier to generalize this approach to different symmetry groups and representations.</p></list-item></list></p><p>In this appendix, we sketch an explicit way to analyze the effective potential. To simplify the calculation, we study the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> case and assume the tree level contribution <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>O</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is comparable to the one-loop gauge contribution <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>4</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula> (i.e. <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo>λ</mml:mo><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>), implying the next-order scalar contributions can be ignored (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msup><mml:mi>λ</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>∼</mml:mo><mml:msup><mml:mi>g</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msup></mml:math></inline-formula>). Explicit calculations are carried out in the Coleman-Weinberg scheme, which satisfies the Coleman-Weinberg renormalization conditions (discussed below) <xref ref-type="bibr" rid="c38 c40">[38,40]</xref>.</p><p>The one-loop effective potential is given by <disp-formula id="dh1"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>eff</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>loop</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math><label>(H1)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> represent the tree level term, the gauge loop contribution and the counter-terms, respectively. The one-loop gauge contribution can be further written as <xref ref-type="bibr" rid="c59">[59]</xref> <disp-formula id="dh2"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>Tr</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(H2)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the scalar field under fundamental representation of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <disp-formula id="dh3"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo id="dh3a1">=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>†</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">χ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">j</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="dh3a1">=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>diag</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>⋯</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(H3)</label></disp-formula>The diagonalization of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">S</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is discussed in great detail below Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="d3.2">(3.2)</xref>. Using this, the one-loop effective potential can be explicitly written as <disp-formula id="dh4"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi><mml:mo id="dh4a1">=</mml:mo><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo>(</mml:mo><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dh4a1">+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>64</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dh4a1">+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mrow other="silent"><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math><label>(H4)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the six polynomial eigenvalues of the mass matrix <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msubsup><mml:mi>M</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> while <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo></mml:msub></mml:math></inline-formula> are the two nonpolynomial eigenvalues, written explicitly as <disp-formula id="dh5"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo id="dh5a1">=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow other="silent"><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo indentalign="id" indentshift="1em" indenttarget="dh5a1">±</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow other="silent"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo minsize="3ex" stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(H5)</label></disp-formula>and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the counter-terms which are determined through the Coleman-Weinberg renormazliation conditions.</p><p>The Coleman-Weinberg conditions are <disp-formula id="dh6"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo id="dh6a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mspace linebreak="newline"/><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>!</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo indentalign="id" indenttarget="dh6a1">=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(H6)</label></disp-formula>where <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> is the renormalization scale and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> represents the relative ratio between different scales. Using Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dh6">(H6)</xref>, we can determine <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Inserting the result into Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dh4">(H4)</xref>, we further obtain the full expression for the effective potential <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>eff</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>loop</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. This expression is extremely long and not particularly illuminating, so we do not present it.</p><p>The next step is to study the one-loop level VEV conditions that determine the boundary sheets (or lines) between the unbroken and broken phases. The vacuum configurations and symmetry-breaking patterns are determined from the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:msub><mml:mi>κ</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:math></inline-formula> and as discussed in Sec. <xref ref-type="sec" rid="s3b">III B</xref>, there is no alternative vacuum configuration found except for <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>δ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p><p>In the following, we illustrate the case <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as an example. The VEV condition is <disp-formula id="dh7"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>eff</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>loop</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="1em"/><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(H7)</label></disp-formula>where the limit is implemented to get rid of the singularity, providing the following constraint <disp-formula id="dh8"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>81</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>199</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>486</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>162</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(H8)</label></disp-formula>which corresponds to the blue line in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f16">16</xref>. All three constraints are equivalent because of the permutation symmetry among <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The couplings satisfying the above constraint Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dh8">(H8)</xref> are evaluated at the broken scale in the Coleman-Weinberg scheme, whereas the couplings satisfying the constraint Eq. <xref ref-type="disp-formula" rid="dg3">(G3)</xref> are evaluated at the broken scale in the Minimal-Subtraction scheme. We shall see that the coupling values evaluated in these two schemes are quite different.</p><fig id="f16"><object-id>16</object-id><object-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevD.97.065014.f16</object-id><label>FIG. 16.</label><caption><p>In this figure, we choose a particular slice <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi>g</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. The shaded region represents the broken phases <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></caption><graphic xlink:href="e065014_16.eps"/></fig><p>In order to make sure the solutions are at a local minimum, the mass eigenvalues of the Hessian mass matrix <disp-formula id="dh9"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>eff</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>loop</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>∂</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac linethickness="0"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>κ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math><label>(H9)</label></disp-formula>must be non-negative. This yields <disp-formula id="dh10"><mml:math display="block"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>27</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>145</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>486</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>162</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo id="dh10a1">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mspace depth="0.0ex" height="0.0ex" width="2em"/><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>845</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>108</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>π</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>λ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo indentalign="id" indenttarget="dh10a1">≥</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math><label>(H10)</label></disp-formula>which correspond to the red and green lines in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f16">16</xref>, respectively.</p><p>It is clear that when the RG flows run into the shaded region shown in Fig. <xref ref-type="fig" rid="f16">16</xref>, the symmetry is broken and we have the symmetry-breaking pattern <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mspace linebreak="goodbreak"/><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi>U</mml:mi><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Comparing Fig. <xref ref-type="fig" rid="f16">16</xref> with Fig. <xref ref-type="fig" rid="f12">12</xref>, the shape and the structure of the shaded regions are very similar and consistent, while the coupling solutions are very different in the different schemes. In the Coleman-Weinberg scheme, both quartic couplings could be positive and at the same time symmetry breaking is driven by the loop contributions. In the minimal subtraction scheme, one of the two quartic couplings is always negative.</p></app></app-group><ref-list><ref id="c1"><label>[1]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>1</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. J. Gross</string-name> and <string-name>F. Wilczek</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>8</volume>, <page-range>3633</page-range> (<year>1973</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.8.3633</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c2"><label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>2</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. J. Gross</string-name> and <string-name>F. Wilczek</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>30</volume>, <page-range>1343</page-range> (<year>1973</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.30.1343</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c3"><label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>3</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. J. Gross</string-name> and <string-name>F. Wilczek</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>9</volume>, <page-range>980</page-range> (<year>1974</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.9.980</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c4"><label>[4]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>4</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>H. D. Politzer</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>30</volume>, <page-range>1346</page-range> (<year>1973</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.30.1346</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c5"><label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>5</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Pica</string-name> and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>83</volume>, <page-range>035013</page-range> (<year>2011</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.83.035013</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c6"><label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>6</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. F. Litim</string-name> and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>12</issue> (<volume>2014</volume>) <page-range>178</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP12(2014)178</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c7"><label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>7</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. P. Cheng</string-name>, <string-name>E. Eichten</string-name>, and <string-name>L. F. Li</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>9</volume>, <page-range>2259</page-range> (<year>1974</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.9.2259</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c8"><label>[8]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>8</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. J. E. Callaway</string-name></person-group>, <source>Phys. Rep.</source> <volume>167</volume>, <page-range>241</page-range> (<year>1988</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRPLCM</pub-id><issn>0370-1573</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-1573(88)90008-7</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c9"><label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>9</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. F. Giudice</string-name>, <string-name>G. Isidori</string-name>, <string-name>A. Salvio</string-name>, and <string-name>A. Strumia</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>02</issue> (<volume>2015</volume>) <page-range>137</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP02(2015)137</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c10"><label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>10</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>B. Holdom</string-name>, <string-name>J. Ren</string-name>, and <string-name>C. Zhang</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>03</issue> (<volume>2015</volume>) <page-range>028</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP03(2015)028</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c11"><label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>11</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. Pica</string-name>, <string-name>T. A. Ryttov</string-name>, and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>96</volume>, <page-range>074015</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.96.074015</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c12"><label>[12]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>12</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. Molgaard</string-name> and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>96</volume>, <page-range>056004</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.96.056004</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c13"><label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>13</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>H. Gies</string-name> and <string-name>L. Zambelli</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>96</volume>, <page-range>025003</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.96.025003</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c14"><label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>14</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. B. Einhorn</string-name> and <string-name>D. R. T. Jones</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>96</volume>, <page-range>055035</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.96.055035</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c15"><label>[15]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>15</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. F. Litim</string-name>, <string-name>M. Mojaza</string-name>, and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>01</issue> (<volume>2016</volume>) <page-range>081</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP01(2016)081</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c16"><label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>16</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. K. Esbensen</string-name>, <string-name>T. A. Ryttov</string-name>, and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>93</volume>, <page-range>045009</page-range> (<year>2016</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.93.045009</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c17"><label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>17</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. M. Pelaggi</string-name>, <string-name>F. Sannino</string-name>, <string-name>A. Strumia</string-name>, and <string-name>E. Vigiani</string-name></person-group>, <source>Front. Phys.</source> <volume>5</volume>, <page-range>49</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">FRPHAY</pub-id><issn>2296-424X</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.3389/fphy.2017.00049</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c18"><label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>18</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. Intriligator</string-name> and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>11</issue> (<volume>2015</volume>) <page-range>023</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP11(2015)023</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c19"><label>[19]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>19</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>B. Bajc</string-name> and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>12</issue> (<volume>2016</volume>) <page-range>141</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP12(2016)141</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c20"><label>[20]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>20</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Abel</string-name> and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>96</volume>, <page-range>056028</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.96.056028</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c21"><label>[21]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>21</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. E. Ibanez</string-name> and <string-name>G. G. Ross</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett.</source> <volume>110B</volume>, <page-range>215</page-range> (<year>1982</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(82)91239-4</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c22"><label>[22]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>22</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Eichhorn</string-name> and <string-name>A. Held</string-name></person-group>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1705.02342</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c23"><label>[23]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>23</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>N. Christiansen</string-name>, <string-name>A. Eichhorn</string-name>, and <string-name>A. Held</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>96</volume>, <page-range>084021</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.96.084021</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c24"><label>[24]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>24</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>N. Christiansen</string-name> and <string-name>A. Eichhorn</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>770</volume>, <page-range>154</page-range> (<year>2017</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/j.physletb.2017.04.047</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c25"><label>[25]</label><mixed-citation id="c25a" publication-type="journal"><object-id>25a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. A. Intriligator</string-name> and <string-name>N. Seiberg</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys. B, Proc. Suppl.</source> <volume>45</volume>, <page-range>1</page-range> (<year>1996</year>); <pub-id pub-id-type="coden">NPBSE7</pub-id><issn>0920-5632</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0920-5632(95)00626-5</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c25b" publication-type="journal" specific-use="author"><object-id>25b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>K. A. Intriligator</string-name> and <string-name>N. Seiberg</string-name></person-group><source>Subnuclear series</source> <volume>34</volume>, <page-range>237</page-range> (<year>1997</year>).<pub-id pub-id-type="coden">SUSEE4</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c26"><label>[26]</label><mixed-citation id="c26a" publication-type="proc"><object-id>26a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Kagan</string-name></person-group>, <source>Proceedings of the Particle Physics from Under-ground to Heaven, Baltimore, 1991</source>, pp. <page-range>217–242</page-range>; </mixed-citation><mixed-citation id="c26b" publication-type="report" specific-use="author"><object-id>26b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. Kagan</string-name></person-group><institution>New York City University</institution> Report No. <pub-id pub-id-type="other">CCNY-HEP-91-12</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c27"><label>[27]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>27</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>B. A. Dobrescu</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B449</volume>, <page-range>462</page-range> (<year>1995</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(95)00309-G</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c28"><label>[28]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>28</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>A. L. Kagan</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>51</volume>, <page-range>6196</page-range> (<year>1995</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.51.6196</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c29"><label>[29]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>29</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>W. Altmannshofer</string-name>, <string-name>S. Gori</string-name>, <string-name>A. L. Kagan</string-name>, <string-name>L. Silvestrini</string-name>, and <string-name>J. Zupan</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>93</volume>, <page-range>031301</page-range> (<year>2016</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>2470-0010</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.93.031301</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c30"><label>[30]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>30</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. B. Kaplan</string-name> and <string-name>H. Georgi</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett.</source> <volume>136B</volume>, <page-range>183</page-range> (<year>1984</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(84)91177-8</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c31"><label>[31]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>31</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. B. Kaplan</string-name>, <string-name>H. Georgi</string-name>, and <string-name>S. Dimopoulos</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett.</source> <volume>136B</volume>, <page-range>187</page-range> (<year>1984</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(84)91178-X</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c32"><label>[32]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>32</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. J. Dugan</string-name>, <string-name>H. Georgi</string-name>, and <string-name>D. B. Kaplan</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B254</volume>, <page-range>299</page-range> (<year>1985</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(85)90221-4</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c33"><label>[33]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>33</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Sannino</string-name>, <string-name>A. Strumia</string-name>, <string-name>A. Tesi</string-name>, and <string-name>E. Vigiani</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>11</issue> (<volume>2016</volume>) <page-range>029</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP11(2016)029</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c34"><label>[34]</label><mixed-citation publication-type="eprint"><object-id>34</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. Cacciapaglia</string-name>, <string-name>H. Gertov</string-name>, <string-name>F. Sannino</string-name>, and <string-name>A. E. Thomsen</string-name></person-group>, <pub-id pub-id-type="arxiv">arXiv:1704.07845</pub-id>.</mixed-citation></ref><ref id="c35"><label>[35]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>35</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>D. B. Kaplan</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B365</volume>, <page-range>259</page-range> (<year>1991</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/S0550-3213(05)80021-5</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c36"><label>[36]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>36</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>Acta Phys. Pol. B</source> <volume>40</volume>, <page-range>3533</page-range> (<year>2009</year>).<pub-id pub-id-type="coden">APOBBB</pub-id><issn>0587-4254</issn></mixed-citation></ref><ref id="c37"><label>[37]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>37</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>G. Cacciapaglia</string-name> and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>04</issue> (<volume>2014</volume>) <page-range>111</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP04(2014)111</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c38"><label>[38]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>38</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. R. Coleman</string-name> and <string-name>E. J. Weinberg</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>7</volume>, <page-range>1888</page-range> (<year>1973</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.7.1888</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c39"><label>[39]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>39</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. Gildener</string-name> and <string-name>S. Weinberg</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>13</volume>, <page-range>3333</page-range> (<year>1976</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.13.3333</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c40"><label>[40]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>40</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. Gildener</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>13</volume>, <page-range>1025</page-range> (<year>1976</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.13.1025</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c41"><label>[41]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>41</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>M. E. Machacek</string-name> and <string-name>M. T. Vaughn</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B249</volume>, <page-range>70</page-range> (<year>1985</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(85)90040-9</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c42"><label>[42]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>42</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>O. Antipin</string-name>, <string-name>M. Gillioz</string-name>, <string-name>E. Molgaard</string-name>, and <string-name>F. Sannino</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>87</volume>, <page-range>125017</page-range> (<year>2013</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.87.125017</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c43"><label>[43]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>43</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>I. Jack</string-name> and <string-name>H. Osborn</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B343</volume>, <page-range>647</page-range> (<year>1990</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(90)90584-Z</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c44"><label>[44]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>44</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>H. Osborn</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett. B</source> <volume>222</volume>, <page-range>97</page-range> (<year>1989</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(89)90729-6</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c45"><label>[45]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>45</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>W. E. Caswell</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>33</volume>, <page-range>244</page-range> (<year>1974</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.33.244</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c46"><label>[46]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>46</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. Banks</string-name> and <string-name>A. Zaks</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B196</volume>, <page-range>189</page-range> (<year>1982</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(82)90035-9</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c47"><label>[47]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>47</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>L. F. Li</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>9</volume>, <page-range>1723</page-range> (<year>1974</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.9.1723</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c48"><label>[48]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>48</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>S. Weinberg</string-name></person-group>, <source>Phys. Lett.</source> <volume>82B</volume>, <page-range>387</page-range> (<year>1979</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PYLBAJ</pub-id><issn>0370-2693</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0370-2693(79)90248-X</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c49"><label>[49]</label><mixed-citation publication-type="report"><object-id>49</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>W. A. Bardeen</string-name></person-group>, Report No. <pub-id pub-id-type="other">FERMILAB-CONF-95-391-T</pub-id>, <year>1995</year>.</mixed-citation></ref><ref id="c50"><label>[50]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>50</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>C. T. Hill</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>89</volume>, <page-range>073003</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.89.073003</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c51"><label>[51]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>51</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>Z. W. Wang</string-name>, <string-name>T. G. Steele</string-name>, <string-name>T. Hanif</string-name>, and <string-name>R. B. Mann</string-name></person-group>, <source>J. High Energy Phys.</source> <issue>08</issue> (<volume>2016</volume>) <page-range>065</page-range>.<pub-id pub-id-type="coden">JHEPFG</pub-id><issn>1029-8479</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1007/JHEP08(2016)065</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c52"><label>[52]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>52</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. G. Steele</string-name>, <string-name>Z. W. Wang</string-name>, <string-name>D. Contreras</string-name>, and <string-name>R. B. Mann</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>112</volume>, <page-range>171602</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.112.171602</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c53"><label>[53]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>53</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. G. Steele</string-name> and <string-name>Z.-W. Wang</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. Lett.</source> <volume>110</volume>, <page-range>151601</page-range> (<year>2013</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRLTAO</pub-id><issn>0031-9007</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevLett.110.151601</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c54"><label>[54]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>54</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>T. G. Steele</string-name>, <string-name>Z. W. Wang</string-name>, and <string-name>D. G. C. McKeon</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>90</volume>, <page-range>105012</page-range> (<year>2014</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>1550-7998</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.90.105012</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c55"><label>[55]</label><mixed-citation id="c55a" publication-type="journal"><object-id>55a</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. A. Casas</string-name>, <string-name>J. R. Espinosa</string-name>, <string-name>M. Quiros</string-name>, and <string-name>A. Riotto</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B436</volume>, <page-range>3</page-range> (<year>1995</year>); <pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(94)00508-C</pub-id></mixed-citation><mixed-citation id="c55b" publication-type="journal" specific-use="authorjournal"><object-id>55b</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>J. A. Casas</string-name>, <string-name>J. R. Espinosa</string-name>, <string-name>M. Quiros</string-name>, and <string-name>A. Riotto</string-name></person-group><source>Nucl. Phys.</source><volume>B439</volume>, <page-range>466(E)</page-range> (<year>1995</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(95)00057-Y</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c56"><label>[56]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>56</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>E. S. Fradkin</string-name> and <string-name>A. A. Tseytlin</string-name></person-group>, <source>Nucl. Phys.</source> <volume>B201</volume>, <page-range>469</page-range> (<year>1982</year>).<pub-id pub-id-type="coden">NUPBBO</pub-id><issn>0550-3213</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1016/0550-3213(82)90444-8</pub-id></mixed-citation></ref><ref id="c57"><label>[57]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>57</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>I. L. Buchbinder</string-name>, <string-name>S. D. Odintsov</string-name>, and <string-name>I. L. Shapiro</string-name></person-group>, <source>Effective Action in Quantum Gravity</source> (<publisher-name>IOP</publisher-name>, Bristol, <year>1992</year>).</mixed-citation></ref><ref id="c58"><label>[58]</label><mixed-citation publication-type="book"><object-id>58</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>W. Gellert</string-name>, <string-name>H. Küstner</string-name>, <string-name>M. Hellwich</string-name>, and <string-name>H. Kästner</string-name></person-group>, <source>The Concise Encyclopedia of Mathematics</source> (<publisher-name>Springer</publisher-name>, New York, <year>1975</year>).</mixed-citation></ref><ref id="c59"><label>[59]</label><mixed-citation publication-type="journal"><object-id>59</object-id><person-group person-group-type="author"><string-name>R. Jackiw</string-name></person-group>, <source>Phys. Rev. D</source> <volume>9</volume>, <page-range>1686</page-range> (<year>1974</year>).<pub-id pub-id-type="coden">PRVDAQ</pub-id><issn>0556-2821</issn><pub-id pub-id-type="doi" specific-use="suppress-display">10.1103/PhysRevD.9.1686</pub-id></mixed-citation></ref></ref-list></back></article>
