[論文レビュー] Electroweak Symmetry Breaking via Bose-Einstein Mechanism

Francesco Sannino, Kimmo Tuominen|ArXiv.org|May 1, 2003

Atomic and Subatomic Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、電弱対称性の spontaneously broken を引き起こす新しいメカニズムとして、隠れたボーズ＝アインシュタイン凝縮（Bose-Einstein condensation）を提案する。このメカニズムでは、中性の複素スカラー単位場 𝜙 が化学ポテンシャルによって真空期待値を獲得し、標準模型（Standard Model）のヒッグス場と相互作用することで、間接的にヒッグス機構を誘発する。これに伴う分散関係および散乱過程への補正は、直接的モデルと比較して 𝜖⁴ の要因で強く抑制され、特徴的なフレーム依存のローレンツ対称性の破れのシグネチャーを示すことから、他の新しい物理学と区別可能である。

ABSTRACT

Recently the Bose-Einstein phenomenon has been proposed as possible physical mechanism underlying the spontaneous symmetry breaking in cold gauge theories. The mechanism is natural and we use it to drive the electroweak symmetry breaking. It can be implemented in different ways while here we present a simple model in which the Bose-Einstein sector is felt only indirectly by all of the standard model fields. The structure of the corrections due to the new mechanism is general and independent on the model used here leading to experimental signatures which can be disentangled from other known extensions of the standard model.

研究の動機と目的

• 隠れたセクターにおけるボーズ＝アインシュタイン凝縮に基づく、電弱対称性の破れの新しいメカニズムを提唱すること。
• ボーズ＝アインシュタインセクターをヒッグス場と間接的に結合させることで、標準模型の粒子に対するローレンツ対称性の破れ補正を抑制すること。
• このボーズ＝アインシュタイン的性質に起因する一般的でモデルに依存しない実験的シグネチャーを特定すること。
• 分散関係への修正補正を通じて、他の電弱対称性の破れのメカニズム（例：超対称性、テクニカラー）と区別可能な特徴を明らかにすること。
• フレーム依存の分散関係が電弱対称性の破れの文脈で及える宇宙論的および物性的影響を調査すること。

提案手法

• すべての標準模型ゲージ対称性について単位場である複素スカラー単位場 𝜙 を導入し、ヒッグス場と規約可能なポテンシャルで結合させる。
• ヒッグス場のグローバルU(1)対称性に関連する化学ポテンシャル 𝜇 を導入し、𝜙 との相互作用を通じてヒッグス場の木レベル質量平方が負になるようにする。
• ポテンシャル V[𝜙, M] = ½(M²_H − 8ĝ|𝜙|²)Tr[M†M] + m²|𝜙|² + 𝜆̂|𝜙|⁴ + 𝜆Tr[M†M]² を用いて、𝜙 に非ゼロの真空期待値を生成し、それがヒッグス場の負の質量項を誘導することを示す。
• ヒッグスおよびゲージボソンの修正されたプロパゲーターを用いた1ループ補正から、ゲージ場およびフェルミオン場の修正分散関係を導出する。
• ミューオン崩壊率およびフェルミオン速度への補正を計算し、直接的モデルと比較して 𝜖⁴ のオーダーで抑制されていることを示す。
• 補正の一般的構造を用いて、他の新しい物理学と区別可能な一意のローレンツ対称性の破れシグネチャーを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 隠れたスカラー系におけるボーズ＝アインシュタイン凝縮が、ヒッグス場と直接結合せずに電弱対称性の破れを引き起こすことは可能か？
• RQ2 隠れたボーズ＝アインシュタインセクターとヒッグス場の結合強度が、標準模型の場に対するローレンツ対称性の破れ補正の分散関係にどのように依存するか？
• RQ3 本モデルにおける修正されたゲージおよびフェルミオンプロパゲーターが及える物性的影響は何か？
• RQ4 得られた補正は、超対称性やテクニカラーなどの他の新しい物理学のシナリオと区別可能か？
• RQ5 直接的メカニズムと比較して、隠れたメカニズムにおけるローレンツ対称性の破れ効果の抑制要因の大きさはどの程度か？

主な発見

• 隠れたボーズ＝アインシュタインメカニズムは、化学ポテンシャルによって真空期待値を獲得する単位スカラー場 𝜙 を介して、間接的に電弱対称性の破れを誘発する。
• ミューオン崩壊率への補正は 𝜖⁴ のオーダーで抑制され、⟨|𝜙|⟩ ≈ 1–10 TeV の範囲で 𝛿 ≈ 2.7×10⁻⁵ から 2.7×10⁻⁹ の範囲に収束する。
• フェルミオン速度の補正は、直接的ボーズ＝アインシュタインモデルと比較してさらに 𝜖⁴ で抑制され、観測可能なレベルでは無視できる。
• ゲージ場およびフェルミオン場の分散関係は一般的に E² = v_f²p² + m_f² の形に修正され、光速からのずれは結合強度に比例して抑制される。
• 補正はメカニズムの具体的実装に依存せず、むしろボーズ＝アインシュタイン凝縮の性質にのみ依存する。
• 本モデルは、実験的に検証可能で、他の標準模型の拡張と区別可能な一意のフレーム依存のローレンツ対称性の破れシグネチャーを生成する。