[論文レビュー] The "Crisis in Fundamental Physics" - Will the LHC Pomeron End it?

Alan R. White|ArXiv.org|Mar 7, 2008

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

ひとこと要約

本論文は、SU(5)ゲージ理論において、5⊕15⊕40⊕45*表現に属する質量ゼロの左手スピンfermionを仮定したQUD理論が、ヒッグス粒子が存在しないにもかかわらず、すべての標準模型粒子と質量を動的に生成し、ユニタリティを保つS行列を生成することを提唱する。この理論は、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）における大断面積効果を予測しており、特にW/Zボソンおよびダークマター状態の二重ポンプロン生成において顕著である。これは、この新規な異常駆動型力学の決定的実験的検証を可能にする。

ABSTRACT

SU(5) gauge theory with massless left-handed fermions in the representation 5+15+40+45* (QUD) may have a bound-state S-Matrix that, uniquely, contains the asymptotically unitary Critical Pomeron and which might also reproduce the full Standard Model. If so, QUD would provide an underlying unification for the Standard Model in which very similar massless fermion anomaly dynamics is responsible for the physics of the strong and electroweak interactions and all particle masses are generated dynamically. The color sextet quark sector, responsible for both electroweak symmetry-breaking and dark matter in QUD, is predicted to produce large cross-section effects at the LHC, with the pomeron as a vital diagnostic - via TOTEM/CMS and FP420. In this talk, the multi-regge construction of high-energy QUD amplitudes is outlined as is, briefly, the LHC pomeron physics. Surrounding motivational issues (particularly outstanding QCD problems) and consequences are also discussed. The S-Matrix anomaly physics is conceptually and philosophically radical with respect to the current theory paradigm. As a consequence, QUD could provide a welcome way out of the current ``Crisis in Fundamental Physics'' with, potentially, it's novel physical applicability resolving a variety of Standard Model and, perhaps also, cosmology problems - it has zero vacuum energy.

研究の動機と目的

• 強い相互作用と電弱相互作用を統一する画期的な異常駆動型S行列枠組みを提示することで、『素粒子物理学の危機』を解決すること。
• QUDの束縛状態S行列において、クリティカルポンプロンが一意に単位性制約を満たすことを示すこと。
• 色六重項クォーク系を介して、電弱対称性の自発的破れおよびダークマターを動的に生成するメカニズムを提供すること。
• LHC（特にTOTEM/CMSおよびFP420）が、QUDの大きな断面積効果を通じて、この理論を検証するための主要実験的舞台であることを特定すること。
• QUDにヒッグス粒子が存在せず、真空エネルギーがゼロであることから、宇宙論的および標準模型の謎が解消され得ることを主張すること。

提案手法

• QUDのS行列挙動をモデル化するため、多レグジ・キネマティクスを用いて高エネルギー散乱振幅を構築する。
• tチャネルおよびsチャネルの単位性制約を適用し、QUDにおいてクリティカルポンプロンが一意のユニタリ解として現れることを同定する。
• 質量ゼロのフェルミオンの異常ダイナミクスを用い、異常によるウェーグルーグルーエンを介して摂動的レグジオンの色補償を媒介する。
• W/Zボソンおよび六重項パイオンを含む二重ポンプロン生成振幅をモデル化し、標準QCDジェットと同等の断面積を示すことを示す。
• P̃W⁺W⁻P̃およびP̃Z⁰Z⁰P̃頂点が横運動量にほとんど依存せず、ppP̃頂点はk⊥に強く依存することを予測する。
• ローマンポット標識付き陽子検出を用い、大エネルギーEₜおよび欠落エネルギーを示すクリアで高質量のイベントを分離し、六重項系の物理を示唆する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SU(5)ゲージ理論において、特定のフェルミオン表現を持つ束縛状態S行列において、クリティカルポンプロンが一意のユニタリ解として出現可能か？
• RQ2 QUDにおいてヒッグス粒子が存在しない場合、すべての標準模型粒子の質量生成メカニズムが一貫的かつ動的に生成可能か？
• RQ3 QUDにおける色六重項クォーク系が、LHCにおける大断面積過程を通じて、同時に電弱対称性の破れとダークマターを説明可能か？
• RQ4 TOTEM/CMSおよびFP420において、二重ポンプロンによるW/Zボソン生成が観測可能か？また、これは六重項系の決定的診断に役立つか？
• RQ5 LHCが、欠落エネルギー、大エネルギーEₜ、および中央検出器における荷電粒子の欠如を示すシグネチャを通じて、六重項系の兆候を検出可能か？

主な発見

• クリティカルポンプロンは、QUDのS行列においてtチャネルおよびsチャネルの多粒子ユニタリティ制約を一意に満たしており、この理論の唯一の実現可能な非摂動的S行列である可能性を示唆している。
• W⁺W⁻およびZ⁰Z⁰対生成の二重ポンプロン断面積は、異常ループを除き同じ伝播子と結合定数を持つため、標準QCDジェット断面積と同等になると予測される。
• WおよびZボソンの縦成分が、六重項系を介して直接的な強い相互作用を示すと予測され、これは六重項ダイナミクスが現実に存在する場合にのみ可能となる特徴である。
• mₙ₆ ~ 500 GeVのN₆N̄₆対生成の断面積が大きく、前向き検出器における標識付き陽子および欠落エネルギーを介して検出可能であると予想される。
• 標識付き陽子、大エネルギーEₜ、中央検出器に荷電粒子が存在しない（特に高エネルギーレプトンが複数存在する）イベントは、六重項系の明確な証拠となる可能性がある。
• LHCでこのようなシグネチャが観測されない場合、QUD枠組みは否定されるとともに、その理論的意義が失われるため、実験は理論の決定的検証となる。