[論文レビュー] Cosmological Relaxation of Higgs Mass Before and After LHC and Naturalness

Gia Dvali|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2019

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 14被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、ヒッグス粒子の質量が自然に小さいのは、対称性による保護のおかげではなく、無限大のエントロピーと degeneracy を持つ真空に対応しており、宇宙のインフレーション期にその真空が吸引子として作用するからである。従来の自然性の枠組みとは異なり、このメカニズムではTeVスケールに新しい物理が存在する必要がなく、低エネルギーの観測者には基礎となるUV物理学が検出不能であるため、LHCで新しい粒子が観測されないことは、自然でないという意味ではない。

ABSTRACT

In post LHC era the old idea of cosmological vacuum relaxation of the Higgs mass that does not require any new physics in the vicinity of LHC energies acquires a new meaning. I discuss how this concept of naturanless differs from the standard one by 't Hooft. Here the observed value of the Higgs mass corresponds to a vacuum of infinite degeneracy and infinite entropy. Therefore, it represents and attractor point of cosmic inflationary evolution. This information is unavailable for a low energy observer living in one of such vacua. By not seeing any stabilizing physics at LHC such an observer is puzzled and creates an artificial problem of naturalness which in reality does not exist. We explain why this solution is fully compatible with the concept of Wilsonian decoupling.

研究の動機と目的

• ヒッグス粒子の質量が、LHCで新しい物理を必要とする自然性の問題としてではなく、宇宙論的真空選択問題として再定式化すること。
• 観測されたヒッグス粒子の質量が、無限大の degeneracy とエントロピーを持つ真空に対応しており、永遠のインフレーションにおいて吸引子となることの主張。
• LHCで新しい物理が観測されないことは、本質的に自然でないことを示唆するのではなく、背後にあるメカニズムが隠されていることの反映であることを示すこと。
• このメカニズムがウィリアムソン的分離と整合しており、有効場理論の原則に反しないことを確立すること。
• エントロピーに基づく自然性の概念を、類似する吸引子ダイナミクスを用いて、強いCP問題などの他の問題へと拡張すること。

提案手法

• ヒッグス粒子の質量が対称性ではなく、永遠のインフレーションの宇宙論的ダイナミクスが最大エントロピーを持つ真空を選択することで安定化されることを提唱する。
• 3形式ゲージ理論を用いて真空構造をモデル化し、CP保存真空（θ = 0）が電場強度 F = 0 に対応し、3形式のヒッグス化によって無限大エントロピー状態に拡張されることを示す。
• 吸引子機構を用いて、無限大エントロピーを持つ真空がインフレーション中に動的に優遇され、高い確率で実現されることを示す。
• ヒッグス粒子の質量がUV物理学によって説明される低エネルギーのパラメータではなく、真空の多様体のグローバル構造の結果であることを示す。
• 同様の論理を強いCP問題に適用し、θ = 0 が無限大エントロピーを持つ真空であるため、ヒッグス粒子の場合と同様に吸引子真空となることを示す。
• このメカニズムが有効場理論とウィリアムソン的分離と整合しており、低エネルギー観測者が基礎となるUV構造の信号を検出できないことの主張。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜヒッグス粒子の質量はプランクスケールに比べてはるかに小さく、LHCで新しい物理が観測されないのか？
• RQ2 階層問題は、対称性ではなく、宇宙論的真空選択によって解決可能か？
• RQ3 観測されたヒッグス粒子の質量は、デジェネラシーとエントロピーのおかげであり、放射的安定性の結果ではないのか？
• RQ4 なぜ低エネルギー観測者がヒッグス粒子の質量を安定化させるメカニズムを検出できないのか？
• RQ5 同様の吸引子メカニズムは、強いCP問題のような他の自然性問題を解決できるか？

主な発見

• 観測されたヒッグス粒子の質量は、無限大のデジェネラシーとエントロピーを持つ真空に対応しており、宇宙インフレーション期に動的吸引子として作用する。
• LHCで新しい物理が観測されないことは、自然でないことを意味するのではなく、低エネルギー観測者がTeVスケールで検出可能な信号を持たないため、メカニズムが隠されているからである。
• このメカニズムはウィリアムソン的分離と完全に整合しており、低エネルギー実験が直接UV構造を調べないため、有効場理論の原則に反しない。
• 同様の吸引子メカニズムにより、QCDのθパラメータがゼロになることが説明可能であり、θ = 0 は3形式ゲージ場のヒッグス化によって無限大エントロピーを持つ真空に対応する。
• 階層問題の解決策は新しい粒子ではなく、最大エントロピーを持つ真空の宇宙論的実現であり、これは低エネルギー観測者には見えない。
• このメカニズムは、自然性が対称性や微調整の問題ではなく、永遠のインフレーションにおける高エントロピー真空の統計的優位性に基づくものであることを示唆する。