[論文レビュー] Two-loop renormalization group profile of the standard model and a new generation

Yu. F. Pirogov, O. V. Zenin|ArXiv.org|Aug 25, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、標準模型（SM）および追加のカイラルな世代を有する拡張SMに対する二ループの重い場の理論的解析を行い、プランクスケールまでに至る真空安定性および摂動的ユニタリティからヒッグス粒子質量の制約を計算している。トップクォーク質量の不確実性を考慮した場合、理論的帯域として161.3±20.6 GeVのヒッグス質量範囲が得られ、単一の第4カイラル世代は精度制約によって除外されるが、ベクトル型のペアは存在しうる。

ABSTRACT

The two-loop renormalization group global profile of the Standard Model (SM) in its full parameter space is investigated. Restrictions on the Higgs boson mass as a function of a cutoff scale are obtained from the stability of the electroweak vacuum and from the perturbative validity both in the Higgs and Yukawa sectors. The cutoff equal to the Planck scale requires the Higgs mass to be M=(161.3+-20.6)+4-10 GeV and M>=140.7+-10 GeV, where the M corridor is the theoretical one and the errors are due to the top mass uncertainty. Modification of the two-loop global profile of the SM extended by one new chiral generation is studied, and bounds on the masses of the generation are derived. Under the precision experiment restriction M<=200 GeV, the forth chiral generation, taken alone, is excluded. Nevertheless a pair of the chiral generations constituing the vector-like one could exist.

研究の動機と目的

• 標準模型の全パラメータ空間における二ループ重ね合わせ場の理論的発展を計算すること。
• ヒッグスおよびヤクバイセクターにおける電弱真空の安定性および摂動的有効性からヒッグス粒子質量に及ぼされる制約を導出すること。
• カイラルな追加世代を有するモデルに分析を拡張し、その実験的妥当性を評価すること。
• 精度制約およびプランクスケール切断のもとで第4カイラル世代が存在可能かどうかを特定すること。

提案手法

• 全標準模型パラメータ空間に対して、二ループ重ね合わせ場方程式（RGE）を数値的に解く。
• 全SM結合定数（ゲージ、ヤクバイ、ヒッグス自己結合）を含み、完全な二ループ補正を適用する。
• 真空安定性は、高スケールにおけるヒッグスポテンシャルが下から有界のまま保たれることを要請することで確保する。
• 摂動的ユニタリティは、結合定数がプランクスケールまで摂動的のままであることを要請することで課す。
• カイラル世代を1つ追加することでモデルを拡張し、追加のフェルミオンおよびヤクバイ結合定数を含めたRGEを再計算する。
• 実験的精度データ（M ≤ 200 GeV）から、新世代の質量に制約を課す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二ループSMにおいて、プランクスケールまでに至る真空安定性および摂動的ユニタリティを満たすヒッグス粒子質量の許容範囲は何か？
• RQ2 二ループ補正はSMパラメータの重ね合わせ場の理論的発展にどのように影響するか？
• RQ3 第4カイラル世代が摂動的または安定性制約に反しないで存在可能か？
• RQ4 精度制約およびプランクスケール切断のもとで、新規カイラル世代の質量上限は何か？

主な発見

• ヒッグス粒子質量は、プランクスケールにおいてM = (161.3 ± 20.6) +4−10 GeVに制限され、不確実性はトップクォーク質量に起因する。
• 真空安定性および摂動性から、M ≥ 140.7 ± 10 GeVの下限が導かれる。
• 単一の第4カイラル世代は精度制約によって除外され、M ≤ 200 GeVを要請する。
• カイラル世代のペアがベクトル型多重状態を形成する場合、モデル内ではまだ妥当性を保つ可能性がある。
• 二ループRGEプロファイルは、一ループ近似と比較してヒッグス質量窓に顕著な補正を示す。
• 分析により、摂動的ユニタリティと真空安定性が併せてヒッグス質量を狭い帯域に制限することが示された。