[論文レビュー] Radiative Corrections In An Ultraviolet Complete Electroweak Model Without A Higgs Particle

J. W. Moffat|arXiv (Cornell University)|Mar 4, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

この論文はヒッグス粒子を含まないUV完全な電弱模型を提案し、非局所的演算子を介した動的な対称性の自発的破れによって電弱対称性が破れる。1ループの量子修正をρパラメータに対して計算した結果、トップクォークの寄与からρ ≈ 1.01が得られ、これはΛ_W ≤ 1–2 TeVの範囲で実験的データと整合的であり、ヒッグス粒子を含まない模型が階層問題やTeVスケールを超える新しい物理を必要とせずに電弱精度データを再現可能であることを示している。

ABSTRACT

The one-loop radiative correction in an ultraviolet (UV) complete electroweak (EW) model without a Higgs particle is calculated. The $ρ$ parameter determining the ratio of the charged to neutral currents is derived for the dominant top quark contribution with the result $ρ\sim 1.01$. This result is compared to the radiative correction to $ρ$ in the standard EW model with a Higgs particle. For the favored light Higgs particle mass from global fits to EW data: $114.4\,{ m GeV} \leq m_H\leq 135\, { m GeV}$, the Higgs contribution up to three loops is negligible and the Higgless model is consistent with EW data for the energy scale $Λ_W\lesssim 1-2$ TeV.

研究の動機と目的

• ヒッグス粒子を含まない階層問題を回避するUV完全な電弱理論の構築を目的とする。
• 動的対称性破れを伴うヒッグスなし模型におけるρパラメータの1ループの量子修正を計算すること。
• ヒッグスなし模型が1–2 TeVのエネルギースケールまで電弱精度データ、特にρパラメータと整合的であるかどうかを検証すること。
• ヒッグスなし模型における量子修正を標準模型と比較し、特にトップクォークおよびヒッグスの寄与を検討すること。
• 強い結合の重いヒッグスが1ループのヒッグス効果を模倣できるかどうかを評価し、そのようなシナリオの妥当性を結論づけること。

提案手法

• モデルは、ゲージ結合定数を修正する非局所的整関数型演算子E(□/2Λ_W²)を用い、UVの有限性と動的対称性破れを保証する。
• フェルミオンおよびゲージボソンの質量は、ヒッグス機構を用いずにラグランジアンに明示的な質量項を導入することで、SU(2)_L × U(1)_Yを破る。
• ρパラメータは、トップクォークの寄与を用いた1ループの自己エネルギー図を有限量子場理論の枠組みで評価することで計算される。
• 高エネルギー域（s > 1–2 TeV）におけるユニタリティの破れを抑制するため、g(s)、g′(s)、e(s)のスケーリング結合定数を導入する。
• 量子ループレベルでの対称性破れに適合する測度を用いた経路積分形式を採用する。
• 3ループまでのヒッグス寄与Δρを計算し、標準模型におけるトップクォーク2ループ補正と比較して相対的な大きさを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的対称性破れを伴うヒッグスなし電弱模型は、実験的精度の範囲内で観測されたρパラメータの値を再現可能か？
• RQ2 トップクォークの寄与を伴うヒッグスなし模型におけるρパラメータの1ループ量子修正の大きさは何か？
• RQ3 標準模型において、ヒッグスのΔρ寄与はトップクォーク2ループ補正と比べてどの程度の大きさか？
• RQ4 強い結合の重いヒッグスは、軽いヒッグスボソンの1ループ効果を模倣できるか？
• RQ5 1–2 TeVのエネルギースケールまで、ヒッグスなし模型はユニタリティを保ち、電弱精度データと整合的か？

主な発見

• ヒッグスなし模型におけるρパラメータの1ループ量子修正はρ ≈ 1.01をもたらし、実験的制約と整合的である。
• 好ましい範囲（114.4–135 GeV）のヒッグス質量では、ヒッグス寄与Δρ_H^(1)は無視できるほど小さく、m_H = 125 GeVでΔρ_H^(1) ≈ 5.015×10⁻⁴となる。
• 2ループのトップクォーク補正Δρ_t^(2) ≈ -4.599×10⁻³は、1ループのヒッグス補正よりも1桁大きいため、ヒッグス効果は精度測定において劣勢となる。
• 3ループのヒッグス補正はヒッグス質量が増加するにつれて増大し、1ループ寄与をキャンセルしないため、強い結合が軽いヒッグス効果を模倣するメカニズムとはなり得ない。
• スケーリング結合定数のおかげで、高エネルギー域（s > 1–2 TeV）においてもユニタリティが保たれ、散乱振幅におけるs/M_W²の増大が抑制される。
• ヒッグスなし模型は階層問題を回避し、LHCにおける新しい物理の導入なしに解決可能であり、ベクトルボソン系にランダウ極点も存在しない。