[論文レビュー] Basic Constituents of Matter and their Interactions - A Progress Report

D. P. Roy|ArXiv.org|Dec 28, 1999

Earth Systems and Cosmic Evolution被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、原子からクォークおよびレプトンへと発展した素粒子物理学の歴史的経緯をレビューし、ゲージボソンを含む標準模型の完成と、質量を説明するためのヒッグスボソンおよび超対称性粒子の未解決の必要性に焦点を当てる。20世紀末における理論的進展と、基本相互作用を統一するための今後の課題を概説する。

ABSTRACT

Our concept of the basic constituents of matter has undergone two revolutionary changes -- from atoms to proton & neutron and then onto quarks & leptons. Indeed all these quarks and leptons have been seen by now along with the carriers of their interactions, the gauge bosons. But the story is not complete yet. A consistent theory of mass requires the presence of Higgs bosons along with SUSY particles, which are yet to be seen. This is a turn of the century account of what has been achieved so far and what lies ahead.

研究の動機と目的

• 1999年時点で、古典的原子からクォークおよびレプトンへと物質の基本的構成要素の理解がどのように発展したかを要約すること。
• 1999年時点で確認されたゲージボソンおよびフェルミオンを含む素粒子物理学の標準模型の現状を評価すること。
• 質量の理論的一致性を実現するためのヒッグスボソンおよび超対称性粒子の理論的必然性を強調すること。
• 20世紀末における基礎物理学の主要な未解決課題と今後の方向性を概説すること。
• 大型ハドロン衝突型加速器時代以前の高エネルギー物理学の状態を包括的に現象論的に概説すること。

提案手法

• 20世紀の高エネルギー物理学における実験的および理論的進展を統合すること。
• クォーク、レプトン、ゲージボソンを基本構成要素とする標準模型の構造をレビューすること。
• ヒッグス機構が基本粒子の質量生成に果たす役割を分析すること。
• 超対称性（SUSY）の理論的動機と統一への影響を評価すること。
• 現象論的議論を用いて理論的予測と実験的制約・期待を結びつけること。
• 招待講演形式を通じて1999年の最先端状況を提示し、図版および概念図を用いて主要なアイデアを図示すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1999年時点で、標準模型において物質の基本的構成要素は何か？
• RQ2 ゲージボソンは標準模型においてどのように基本的相互作用を媒介するか？
• RQ3 なぜヒッグス機構は質量生成の理論的一致性を実現するために不可欠なのか？
• RQ4 超対称性粒子の存在を支持する理論的および現象論的証拠は何か？
• RQ5 基本相互作用を統一し、標準模型を完成させるために残された主な未解決課題は何か？

主な発見

• 1999年までに、すべての既知のクォークおよびレプトンに加え、ゲージボソン（W、Z、光子、グルーオン）が実験的に観測されていた。
• ヒッグスボソンの存在は、質量生成を説明するために理論的に必要とされていたが、実験的には未確認のままであった。
• 超対称性（SUSY）は、標準模型を超えた新しい物理の主要候補とされ、質量スケールの階層を安定化する役割を果たすとされた。
• 理論的一致性は、ヒッグスボソンおよびSUSY粒子の存在を要求していたが、それらはまだ観測されていなかった。
• この論文は、標準模型が実験的に成功している一方で、ヒッグス系および潜在的な超対称的パートナを欠いているため、完成していないと結論づけた。
• 20世紀末は転換点であった：標準模型はほぼ完成していたが、その根本的完成はヒッグスボソンおよび超対称性粒子の発見にかかっていた。