[論文レビュー] PREdicted the Higgs Mass

H. B. Nielsen|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 82被引用数 27

ひとこと要約

本稿では、約126 GeVの観測されたヒッグス粒子質量が偶然ではなく、電弱真空と高ヒッグス場値（プランクスケール付近）における偽真空との縮重を要求する「複数点原理」（MPP）の結果であると提案する。129.4 ± 2 GeVというヒッグス質量の予測は、真空の安定性または準安定性を要求することから生じ、これは標準模型が右図ニュートリノによるシーイングメカニズムを除いて最小限の新しい物理を伴ってプランクスケールにまで成立する可能性を示唆する。

ABSTRACT

We like to investigate the idea of taking as non-accidental a remarkably good agreement of our (C.D. Froggatt and myself, and also with Yasutaka Takanishi) prediction of the Higgs mass. Our modernized most simple "multiple point principle" prediction $129.4 \pm 2$ GeV versus the recently observed $126 \pm 1$ GeV agrees well. The PREdicted Higgs mass is essentially the smallest value, that would not make our present vacuum unstable. There are two slightly different versions in as far as we can either use absolute stability by the alternative vacuum being required to have higher energy density than the present one or just metastability requiring that our vacuum should not have decayed in the early time just after big bang (or later if that should be easier). This is of course provided we suppose that the Standard Model would function almost all the way up to the scale relevant for the alternative vacuum (which as we shall see is close to the Planck energy scale for the Higgs field expectation value). The principle we used to our PREdiction were the requirement of degenerate vacua which we called "multiple point principle" and I shall seek to deliver some arguments that this MPP is "nice" to assume, i.e. it is likely to be true.

研究の動機と目的

• 観測されたヒッグス粒子質量（約126 GeV）を偶然ではなく、真空安定性の結果として説明すること。
• 右図ニュートリノが唯一の新しい物理として存在する限り、標準模型がプランクスケールに近いまで有効である可能性を主張すること。
• ヒッグス質量の微調整を自然に説明する物理的根拠としての「複数点原理」（MPP）を支持すること。
• ヒッグス質量が安定性の閾値に正確に位置する場合、LHCにおける新しい物理の欠如が説明可能である可能性を示唆すること。
• 最小限の標準模型枠組み内でヒッグス場がインフレーション子として機能できるかを検討すること。

提案手法

• 電弱真空と高場強度の真空との間の縮重を要求する複数点原理（MPP）を適用し、ヒッグス場値がプランクスケール付近での高場強度の真空と縮重することを仮定する。
• ヒッグス場の有効ポテンシャル $ V_{\text{eff}}(\phi_h) $ を用いて、ポテンシャルが常に正になる臨界ヒッグス質量を特定し、真空崩壊を回避する。
• 標準模型がプランクスケールまで成立すると仮定し、ニュートリノ質量とバリオジェネシスを説明するための右図ニュートリノによるわずかな修正のみを導入する。
• MPPから得られる予測値 $ 129.4 \pm 2 $ GeV とLHCで観測された値 $ 126 \pm 1 $ GeV を比較し、整合性を評価する。
• 最小モデルにおけるスローロール条件の評価を通じて、ヒッグス場がインフレーション子として機能できるかを検討する。
• ヒッグス自己結合定数 $ \lambda $ の正規化群の進行を用いて、高エネルギースケールにおける有効ポテンシャルの安定性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された126 GeVのヒッグス質量は、偶然ではなく、真空安定性または準安定性の結果であるのか？
• RQ2 右図ニュートリノ以外の新しい物理を導入しなければ、標準模型がプランクスケールまで有効に保たれるのか？
• RQ3 複数点原理は、ヒッグス質量の微調整を自然に説明するものとなるか？
• RQ4 追加のスカラー場がなければ、ヒッグス場が最小モデル内でインフレーション子として機能できるか？
• RQ5 観測されたヒッグス質量は、プランクスケール未満での新しい物理の存在にどのような制約を課すか？

主な発見

• 複数点原理に基づく予測されたヒッグス質量は $ 129.4 \pm 2 $ GeV であり、LHCで観測された $ 126 \pm 1 $ GeV と良好に一致している。
• 安定性の閾値におけるヒッグス質量は、すべてのヒッグス場値で有効ポテンシャルが正のまま保たれることを意味し、真空崩壊を防ぐ。
• 真空の準安定性は、初期宇宙以降現在の真空が崩壊していないことを要求するため、ヒッグス質量が臨界値より高いことが制約される。
• 右図ニュートリノのみを新しい物理として導入すれば、標準模型がほぼプランクスケールまで有効に保たれる。
• ヒッグス質量が安定性境界に正確に位置する場合、LHCでの新しい物理の欠如はMPPと整合的である。
• ヒッグス場がインフレーション子として機能する可能性はあり、ただしスローロール問題の解決が残り、困難ではあるが不可能ではない。