[論文レビュー] Natural Conformal Extensions of the Standard Model

Oleg Antipin, Matin Mojaza+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 46

ひとこと要約

この論文は、古典的レベルで共形的であり、自然性のためのベルトマン条件を満たす標準模型の拡張である摂動的自然共形（PNC）理論を導入する。PNCモデルは、ヒッグス粒子質量が126 GeVで、新しいシングレットスカラー粒子が541 GeVであると予測する非常に予測可能なモデルであり、ヒッグス自己結合項は量子修正によって生成される。

ABSTRACT

Using the renormalisation group framework we classify different extensions of the standard model according to their degree of naturality. A new relevant class of perturbative models involving elementary scalars is the one in which the theory simultaneously satisfies the Veltman conditions and is conformal at the classical level. We term these extensions perturbative natural conformal (PNC) theories. We show that PNC models are very constrained and thus highly predictive. Among the several PNC examples that we exhibit, we discover a remarkably simple PNC extension of the standard model in which the Higgs is predicted to have the experimental value of the mass equal to 126 GeV. This model also predicts the existence of one more standard model singlet scalar boson with a mass of 541 GeV and the Higgs self-coupling to emerge radiatively. We study several other PNC examples that generally predict a somewhat smaller mass of the Higgs to the perturbative order we have investigated them. Our results can be a useful guide when building extensions of the standard model featuring fundamental scalars.

研究の動機と目的

• 摂動論的な枠組みにおいて、自然性の度合いに基づいて標準模型の拡張を分類すること。
• 古典的レベルで共形的であり、ベルトマン条件を満たす、摂動的モデルの新しいクラス—摂動的自然共形（PNC）理論—を同定すること。
• PNCモデルの予測力、特にヒッグス粒子質量および新しいスカラー状態の出現に関連して、その探求。
• PNCモデルが、微調整を必要とせず、観測された126 GeVのヒッグス質量を自然に説明できるかどうかの検討。

提案手法

• 標準模型のスカラー拡張における結合定数の走破を分析するために、 renormalisation group フレームワークを適用する。
• 古典的共形性とベルトマン条件を二重の制約として課し、PNC理論のクラスを定義する。
• 標準模型を超える基本スカラーを含む、明示的なPNCモデルを構築する。特に、1つのシングレットスカラーを有するモデルを含む。
• 1ループのオーダーでヒッグス質量と自己結合項を計算し、放射生成の可能性と実験的値との整合性を評価する。
• プランクスケールまでにおけるモデルの安定性と摂動的有効性を評価し、摂動的量子場理論との整合性を確保する。
• 複数のPNCモデルの予測を比較し、ヒッグス質量および新しい粒子の質量における共通の特徴と相違点を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 摂動的枠組みにおいて、理論が古典的に共形的であり、かつ自然性のためのベルトマン条件を満たすことは可能か？
• RQ2 PNCモデルの物性的予測は何か。特にヒッグス粒子質量および新しいスカラー状態の存在に関連して。
• RQ3 PNCモデルにおいて、基本的なレベルで明示的な結合項を導入することなく、ヒッグス自己結合項を放射的に生成できるか？
• RQ4 PNCモデルはどの程度制約が強く、他の標準模型の拡張と比較してなぜ非常に予測可能なのか？
• RQ5 PNCフレームワークは、観測された126 GeVのヒッグス質量を自然に説明できるか？

主な発見

• PNCフレームワークは、古典的レベルで共形的であり、ベルトマン条件を満たすことで自然性が向上する、新しい理論クラスを同定する。
• 1つのPNCモデルは、正確に126 GeVのヒッグス粒子質量を予測し、実験的観測と一致する。
• このモデルは、標準模型のシングレットスカラー粒子を質量541 GeVで予測する。
• このモデルにおけるヒッグス自己結合項は、量子補正によって放射的に生成され、基本的なパrameterとして導入されていない。
• 他のPNCモデルは、研究された摂動的オーダーにおいて、126 GeVよりわずかに小さいヒッグス質量を予測する傾向にある。
• PNCモデルは非常に制約が強く、将来的な実験的検証において、極めて予測可能な特徴を示す。