[論文レビュー] Renormalization Group Fixed Point with a Fourth Generation: Solution to the hierarchy problem

P. Q. Hung, Chi Xiong|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、標準模型に第四世代のフェルミオンを含めることで、ヒッグス四次結合定数およびヤクビ結合定数に二ループ準固定点が生じ、理論が Λ_FP のTeVスケールのカットオフまで安定化されることを提案する。この構造により、第四世代フェルミオンの凝集体による動的な電弱対称性の spontaneously broken が可能となり、Λ_FP でスケール対称性の回復および標準模型を超えるより深い理論の兆しを得る。

ABSTRACT

It has been shown in a recent paper that the Higgs quartic and Yukawa sectors of the Standard Model (SM) with a heavy fourth generation exhibit at a two-loop level a quasi fixed point structure instead of the one-loop Landau singularity and which could be located in the TeV region, a scale which is denoted by $\Lambda_{FP} $ in this paper. This provides the possibility of the existence of a TeV-scale physical cutoff endowed with several implications. In the vicinity of this quasi fixed point bound states and Higgs-like condensates made up of the 4th generation quarks and leptons get formed. It implies the possibility of a dynamical electroweak symmetry breaking generated by 4th generation condensates. The quasi fixed points also hint at at a possible restoration of scale symmetry at $\Lambda_{FP} $ and above and the emergence of a theory which could be deeper than the SM.

研究の動機と目的

• 標準模型に重い第四世代を含めることで、階層問題が解消されるかどうかを調査すること。
• 第四世代を含む状況下でのヒッグス四次結合定数およびヤクビ結合定数のランゲージ群の振る舞いを分析すること。
• 二ループレベルで準固定点構造が出現するかどうかを特定すること。これにより、一ループのランドウ極大値を回避する。
• このような固定点がTeVスケールでの動的な電弱対称性の破れおよび新しい物理に与える影響を調査すること。

提案手法

• 第四世代を含む拡張された標準模型におけるヒッグス四次結合定数およびヤクビ結合定数に二ループランゲージ群方程式を適用する。
• 理論が Λ_FP ~ TeV の領域まで安定化される、結合定数空間における準固定点の存在を特定する。
• Λ_FP 近辺で第四世代のクォークおよびレプトンから成る束縛状態およびヒッグスに類似た凝集体の形成を分析する。
• 固定点構造のおかげで、Λ_FP 以上でスケール対称性の回復が起こり得ることを評価する。
• 固定点ダイナミクスを通じて、標準模型を超えるより深い理論がどのように現れるかを探索する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第四世代の導入が、ヒッグスおよびヤクビ系において二ループ準固定点を生じるか？
• RQ2 このような固定点がヒッグス系をTeVスケールのカットオフまで安定化させ、階層問題を解消できるか？
• RQ3 固定点がフェルミオン凝集体および動的な電弱対称性の破れに与える影響は何か？
• RQ4 Λ_FP のスケールおよびそれ以上でスケール対称性の回復の証拠があるか？
• RQ5 固定点構造が、標準模型の背後にあるより基本的な理論を示唆する可能性はあるか？

主な発見

• 重い第四世代を含む標準模型におけるヒッグス四次結合定数およびヤクビ結合定数に、二ループ準固定点構造が出現し、一ループのランドウ特異性が置き換えられる。
• 固定点はTeV領域のスケール Λ_FP に位置し、電弱物理学と整合する物理的カットオフを示唆する。
• Λ_FP 近辺で、第四世代クォークおよびレプトンから成る束縛状態およびヒッグスに類似た凝集体が形成され、動的な電弱対称性の破れを示唆する。
• 固定点構造は、Λ_FP 以上でスケール対称性の回復の兆しなく、より深い理論的背景を示唆する。
• このような固定点の存在は、微調整を必要とせずヒッグス系を安定化させる自然なメカニズムを提供し、階層問題の解決策を提示する。