[論文レビュー] SM Higgs mass bounds from theory

Thomas Hambye, Kurt Riesselmann|ArXiv.org|Aug 20, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、二ループ有効ポテンシャル計算を用いて、標準模型のヒッグス粒子質量の理論的上限を再評価する。カットオフスケールが 10^19 GeV の場合、ヒッグス質量は M_H < 180 ± 4 ± 5 GeV に制限され、以前の推定値よりも上限が緩やかであることが判明した。また、ヒッグス質量が 160–170 GeV の間であれば、そのスケールまで電磁的安定性が保たれ、それ以下のスケールに新しい物理が必要ないことが確認された。

ABSTRACT

The two-loop Higgs mass upper bounds are reanalyzed. Previous results for a cutoff scale $Λ\approx$ few TeV are found to be too stringent. For $Λ=10^{19}$ GeV we find $M_H &lt; 180 \pm 4\pm 5$ GeV, the first error indicating the theoretical uncertainty, the second error reflecting the experimental uncertainty due to $ m_t = 175 \pm 6 $ GeV. We also summarize the lower bounds on $M_H$. We find that a SM Higgs mass in the range of 160 to 170 GeV will certainly allow for a perturbative and well-behaved SM up to the Planck-mass scale $Λ_{Pl}\simeq 10^{19}$ GeV, with no need for new physics to set in below this scale.

研究の動機と目的

• 二ループ補正を用いた有効ポテンシャルを用いて、標準模型ヒッグス粒子質量の理論的上限を再評価すること。
• 紫外カットオフスケールに関する見直し仮定のもとで、以前のヒッグス質量境界の頑健性を評価すること。
• ヒッグス質量が 160–170 GeV の範囲にある場合、標準模型がプランクスケールまで電磁的かつ安定したままであるかどうかを特定すること。
• トップクォーク質量の不確実性 (mt = 175 ± 6 GeV) がヒッグス質量上限に与える影響を定量化すること。
• 新しい物理の役割を明確化し、プランクスケール未満に新しい粒子が存在しなくても標準模型が成立するかどうかを検証すること。

提案手法

• ヒッグス有効ポテンシャルの二ループ補正を用いて、ヒッグス質量に課される制約を導出する。
• ヒッグス自己結合定数をプランクスケール (Λ ≈ 10^19 GeV) までランゲルギン方程式を用いて発展させる。
• ヒッグス自己結合定数がプランクスケールまで電磁的であり、かつポテンシャルが下から有界であるという条件を課す。
• トップクォーク質量の不確実性 (175 ± 6 GeV) を理論的誤差の源として、境界に組み込む。
• 以前の推定値（数TeVのカットオフスケールを仮定）と比較し、それらが過度に制限的であることが判明する。
• 安定性解析を実施し、プランクスケールまで標準模型が良好に振る舞うために必要な最小ヒッグス質量を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カットオフスケールを 10^19 GeV に設定した場合、標準模型ヒッグス質量の再評価された上限は何か？
• RQ2 二ループ補正を組み込むことで、以前のヒッグス質量境界の信頼性はどのように変化するか？
• RQ3 どのヒッグス質量範囲において、標準模型がプランクスケールまで電磁的かつ安定であり、新しい物理を要しないか？
• RQ4 ヒッグス質量の境界は、トップクォーク質量の不確実性にどの程度感度を示すか？
• RQ5 より低いカットオフスケールを仮定して導かれた以前のヒッグス質量境界は、全プランクスケールカットオフを考慮した場合でも有効であるか？

主な発見

• カットオフスケールが 10^19 GeV の場合、ヒッグス質量は M_H < 180 ± 4 ± 5 GeV に制限され、最初の誤差は理論的不確実性を、2番目の誤差はトップクォーク質量の不確実性によるものである。
• 以前の推定値（数TeVのカットオフスケールを仮定）よりも、上限が著しく緩いことが判明した。
• ヒッグス質量が 160 から 170 GeV の間であれば、標準模型がプランクスケールまで電磁的であり、ヒッグスポテンシャルが下から有界であることが保証される。
• ヒッグス質量が 160–170 GeV の範囲にある限り、プランクスケール未満に新しい物理が存在しなくても標準模型は安定化される。
• この条件下で、標準模型がプランクスケールまで一貫した有効場理論として成立することが分析により確認された。
• この研究は、以前の結論を再評価し、標準模型が以前に考えられていたよりも高いエネルギーのカットオフでも安定であることが示された。