[論文レビュー] Standard Model false vacuum Inflation: correlating the tensor-to-scalar ratio to the top and Higgs masses

Isabella Masina, Alessio Notari|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2011

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、約10^16 GeVにおける標準模型のヒッグスポテンシャルのメタ安定な偽真空が初期インフレーションを引き起こしたと提案している。トプ クォーカーとヒッグス粒子の質量は126.0 ± 3.5 GeVに厳密に制約されている。このシナリオが将来の重力波実験で検出可能なテンソル対スカラー比を予測することを示しており、素粒子物理学と宇宙論の間の検証可能な接続を提供する。

ABSTRACT

For a narrow band of values of the top quark and Higgs boson masses, the Standard Model Higgs potential develops a false minimum at energies of about $10^{16}$ GeV, where primordial Inflation could have started in a cold metastable state. A graceful exit to a radiation-dominated era is provided, e.g., by scalar-tensor gravity models. We pointed out that if Inflation happened in this false minimum, the Higgs boson mass has to be in the range $126.0 \pm 3.5$ GeV, where ATLAS and CMS subsequently reported excesses of events. Here we show that for these values of the Higgs boson mass, the inflationary gravitational wave background has be discovered with a tensor-to-scalar ratio at hand of future experiments. We suggest that combining cosmological observations with measurements of the top quark and Higgs boson masses represents a further test of the hypothesis that the Standard Model false minimum was the source of Inflation in the Universe.

研究の動機と目的

• 標準模型ヒッグスポテンシャルの偽真空が約10^16 GeVで存在し、それによって初期インフレーションが引き起こされた可能性を検討すること。
• このようなシナリオが成立するためのトプ クォーカーおよびヒッグス粒子質量に課される制約を特定すること。
• このインフレーション機構が、測定可能なテンソル対スカラー比を持つ検出可能な重力波背景を予測するかどうかを評価すること。
• 宇宙論的観測とトプ クォーカーおよびヒッグス粒子質量の高精度測定を組み合わせて、偽真空インフレーション仮説を検証する手法を提唱すること。

提案手法

• 標準模型ヒッグスポテンシャルを分析し、約10^16 GeVにメタ安定な偽最小値が存在する条件を同定すること。
• 重正化群の進化を用いて、インフレーションスケールで偽真空を安定化させるために必要なヒッグスおよびトプ クォーカー質量を決定すること。
• スカラー・テンソル重力モデルを適用し、偽真空から放射優勢時代へのなめらかな脱出を可能にすること。
• このシナリオにおけるインフレーション期に生成される初期重力波のテンソル対スカラー比を計算すること。
• 予測されたテンソル対スカラー比を、近い将来の重力波実験の感度限界と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型ヒッグスポテンシャルが、約10^16 GeVにメタ安定な偽真空を有し、インフレーションを駆動できるか？
• RQ2 この偽真空が観測されたインフレーションパラメータと整合するためには、トプ クォーカーおよびヒッグス粒子質量がどのような具体的な値をとる必要があるか？
• RQ3 偽真空インフレーションシナリオは、将来の実験で検出可能な重力波背景とテンソル対スカラー比を予測するか？
• RQ4 宇宙論的観測と高精度でのヒッグス粒子／トプ クォーカー質量測定の組み合わせが、偽真空インフレーション仮説の検証に役立つだろうか？

主な発見

• 偽真空が妥当なインフレーション機構を提供するためには、ヒッグス粒子質量が126.0 ± 3.5 GeVの範囲内に存在する必要がある。
• この質量範囲では、モデルが将来の重力波実験の感度範囲内に収まるテンソル対スカラー比を予測する。
• 偽真空インフレーションシナリオは、ATLASおよびCMSが報告したヒッグス粒子の信号強度の過剰な増加と整合する。
• スカラー・テンソル重力モデルを用いることで、インフレーションから放射優勢時代へのなめらかな脱出が実現可能である。
• トプ クォーカーおよびヒッグス粒子質量の高精度測定と宇宙論的観測の相乗効果により、偽真空インフレーション仮説の新たな検証が可能になる。