[論文レビュー] Higgs boson, renormalization group, and cosmology

A. O. Barvinsky, Alexander Yu. Kamenshchik+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 2被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、重力に対する強い非最小結合を伴う標準模型ヒッグスボソンをインフレートンとして調査し、再生化群の改良を用いて、CMBスペクトル指数のWMAP下限値によってヒッグス粒子質量が 135.6 GeV < MH < 184.5 GeV に制約されることを示している。曲率結合によって誘導される漸近的自由性は、弱結合領域における理論の安定化をもたらし、SMの素粒子物理学的性質が宇宙論的データに依存することを示しており、今後のCMBの高精度測定がLHCプログラムとは別個の補完的テスト手段となる可能性を示唆している。

ABSTRACT

We consider the renormalization group improvement in the theory of the Standard Model (SM) Higgs boson playing the role of an inflaton with a strong non-minimal coupling to gravity. It suggests the range of the Higgs mass 135.6 GeV . MH . 184.5 GeV entirely determined by the lower WMAP bound on the CMB spectral index. We find the phenomenon of asymptotic freedom induced by this non-minimal curvature coupling, which brings the theory to the weak coupling domain. Asymptotic freedom fails at the boundaries of this domain, which makes the SM phenomenology sensitive to the current cosmological data and thus suggests future more precise CMB measurements as a SM test complementary to the LHC program.

研究の動機と目的

• 標準模型における強い非最小重力結合を伴うヒッグスボソンがインフレートン候補として機能するかを検討すること。
• このような結合下でのヒッグスセクターの安定性と挙動を評価するために、再生化群手法を適用すること。
• 特にCMBスペクトル指数の観測データが、この枠組みにおけるヒッグス質量にどのように制約を加えるかを特定すること。
• 非最小結合が標準模型のヒッグスセクターに漸近的自由性を誘導するか、および再生化群のフローにどのように影響を与えるかを調査すること。
• 今後のCMB測定が、LHCプログラムを超えた標準模型の補完的テストとして機能しうるかを提案すること。

提案手法

• 標準模型ヒッグス粒子に非最小重力結合を組み込んだ文脈で再生化群の改良を適用する。
• 曲率結合を用いて、β関数を通じてヒッグス自己結合定数およびゲージ結合定数の走査を修正する。
• CMBスペクトル指数のWMAP下限値を、ヒッグス質量範囲の制約として適用する。
• 再生化群方程式の固定点構造を解析し、漸近的自由性の挙動を特定する。
• 漸近的自由性が成立する領域と崩壊する領域の境界を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグスボソンが重力に対して強い非最小結合を持つインフレートンとして機能する場合、CMBスペクトル指数のWMAP下限値を満たすヒッグス質量の範囲は何か？
• RQ2 非最小曲率結合は、標準模型のヒッグスセクターに漸近的自由性を誘導するか？
• RQ3 強い非最小重力結合下で、ヒッグス自己結合定数の再生化群フローはどのように変化するか？
• RQ4 この設定下で、標準模型の素粒子物理学的性質は、現在の宇宙論的データにどの程度感度を示すか？
• RQ5 今後のより高精度なCMB測定は、LHCプログラムとは別個の標準模型の補完的テストとして機能しうるか？

主な発見

• CMBスペクトル指数のWMAP下限値によって、ヒッグス質量は 135.6 GeV < MH < 184.5 GeV の範囲に制約される。
• 非最小重力結合により、ヒッグスセクターに漸近的自由性が誘導され、理論は弱結合領域へ向かう。
• 漸近的自由性は、許容されるヒッグス質量範囲の境界で崩壊し、宇宙論的データへの感受性を示す。
• この枠組みにおいて、標準模型の安定性と挙動は、直接的に現在の宇宙論的観測に依存する。
• 今後のより高精度なCMB測定は、LHCプログラムとは独立して、標準模型の補完的テストとして機能しうる。