[論文レビュー] Landscape Prediction for the Higgs Boson and Top Quark Masses

Brian Feldstein, Lawrence J. Hall+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、ヒッグス粒子の質量が約115 GeVである理由を、ヒッグス四次結合定数が低値にピークを持つ真空のランドスケープにおける環境選択によって説明する。ヒッグス四次結合定数の確率分布が低値にピークを持つ場合、最も確率の高いヒッグス質量は115 GeVと予測され、これはピーク強度を表すpで表される分布のピーク強度に依存する25/p GeVの上向きフラクチュエーションに加え、高次のループ効果および入力パラメータによる±6 GeVの不確実性を含む。

ABSTRACT

If the Standard Model is valid up to scales near the Planck mass, and if the cosmological constant and Higgs mass parameters scan on a landscape of vacua, it is well-known that the observed orders of magnitude of these quantities can be understood from environmental selection for large scale structure and atoms. If in addition the Higgs quartic coupling scans, with a probability distribution peaked at low values, environmental selection for a phase having a scale of electroweak symmetry breaking much less than the Planck scale leads to a most probable Higgs mass of 115 GeV. While fluctuations below this are negligible, the upward fluctuation is 25/p GeV, where p measures the strength of the peaking of the a priori distribution of the quartic coupling. There is an additional \\pm 6 GeV uncertainty from calculable higher loop effects, and also sensitivity to the experimental values of m_t and \\alpha_s.

研究の動機と目的

• 115 GeV前後という観測されたヒッグスボソン質量を、真空のランドスケープにおける環境選択によって説明すること。
• ヒッグス四次結合定数の確率分布が最も確率の高いヒッグス質量に与える影響を調査すること。
• 量子補正およびトップクォークと強い結合定数の不確実性が予測に与える影響を定量化すること。
• 四次結合定数分布における上向きフラクチュエーションが観測されたヒッグス質量を決定づける役割を評価すること。
• 実現可能な低エネルギー物理学を満たすために、ランドスケープスキャンと選択効果の組み合わせから観測されたヒッグス質量が導かれるかどうかを特定すること。

提案手法

• 標準模型がプランクスケールまで有効であると仮定し、宇宙定数およびヒッグス質量パラメータが多重宇宙の真空の間でスキャンされることを前提とする。
• 四次結合定数の確率分布を導入し、その分布が低値にピークを持つように設定し、異なる結合定数強度の事前尤度をモデル化する。
• 大規模構造および安定した原子を許容する真空を優遇する環境選択基準を適用し、実現可能な低エネルギー真空を同定する。
• 電弱対称性の破れがプランクスケールよりもはるかに低いスケールで発生する条件の下で、最も確率の高いヒッグス質量を計算する。
• 高次のループ補正を±6 GeVのヒッグス質量予測の不確実性の原因として組み込む。
• トップクォーク質量および強い結合定数αsの実験的値への予測の感受性を精密に分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヒッグス四次結合定数が低値にピークを持つ分布でスキャンされる場合、ランドスケープ選択によって予測される最も確率の高いヒッグスボソン質量は何か？
• RQ2 四次結合定数の上向きフラクチュエーションは予測されたヒッグス質量にどのように影響し、そのシフトの大きさは何か？
• RQ3 高次のループ補正は、予測されたヒッグス質量の不確実性にどの程度寄与するか？
• RQ4 予測はトップクォーク質量および強い結合定数の入力値の変動に対してどの程度感受性を示すか？
• RQ5 観測されたヒッグス質量（約115 GeV）は、スキャンする結合定数を伴う多重宇宙における環境選択によって自然に説明可能か？

主な発見

• 四次結合定数の分布が低値にピークを持つという仮定の下で、最も確率の高いヒッグスボソン質量は115 GeVと予測される。
• 四次結合定数の上向きフラクチュエーションは、ピーク強度を表すpで表される事前分布のピーク強度に依存し、予測されたヒッグス質量に追加で25/p GeVを寄与させる。
• 高次のループ補正は、予測されたヒッグス質量に±6 GeVの計算可能な不確実性をもたらす。
• 予測はトップクォーク質量および強い結合定数αsの実験的値に感受性を示す。
• 115 GeV未満のフラクチュエーションは無視できるほど小さいため、予測は下向きのずれに対して頑健であることが示された。
• したがって、観測されたヒッグス質量は、低エネルギーでの電弱対称性の破れを許容する真空を環境選択が優遇する結果として説明できる。