[논문 리뷰] A Higgs free model for fundamental interactions. Part 1: Formulation of the model

Marek Pawłowski, R. Rączka|arXiv (Cornell University)|1995. 08. 01.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 국소 콫페르멀 군 $C$에 기반한 힉스 없는 기본 상호작용 모형을 제안한다. 이 모형은 게이지 군 $G = SU(3) \times SU(2)_L \times U(1) \times C$ 아래에서 강한 상호작용, 전약 상호작용, 중력 상호작용을 통합한다. 콕페르멀 대칭을 강제하고, 유니타리 조건과 척도 고정 조건을 적용함으로써 힉스 질량 항이 금지되며, 그로 인해 힉스 보손이 필요로 하는 계층 문제도 피한다. 그러나 고전적 근사에서 표준모형과 정확히 일치하는 벡터 보손, 페르미온, 중력이 동적으로 질량과 상호작용을 갖게 된다.

ABSTRACT

We show that the local conformal group $C$ is a natural symmetry group of strong, electroweak and gravitational interactions. A model for these interactions invariant under the local symmetry group $G=SU(3) imes SU(2)_{L} imes U(1) imes C$ is postulated. It contains all Standard Model and gravitational fields, however the Higgs mass term $\mu^2\Phi^{\dagger}\Phi$ is forbidden. Using the unitary gauge and the conformal scale fixing conditions we can eliminate all four real components of the Higgs field in this model. In spite of that the tree level masses of vector mesons, leptons and quarks are automatically generated and they are given by the same formulas as in the conventional Standard Model. The gravitational sector of the model is also analyzed and it is shown that the model admits in the classical limit the Einsteinian form of gravitational interactions. We propose several experimental tests which can discriminate between the Higgs-Free and the Standard Models.

연구 동기 및 목표

• 표준모형에 의존하지 않고 강한 상호작용, 전약 상호작용, 중력 상호작용을 통합하는 장 이론을 수립하는 것.
• 콕페르멀 대칭을 통해 힉스 질량 항 $\mu^2\Phi^\dagger\Phi$를 금지함으로써 계층 문제를 피하는 것.
• 트리 수준에서의 벡터 보손, 렙톤, 쿼크의 질량이 힉스 장 없이 자연스럽게 유도되는지 보여주는 것.
• 중력 부문의 고전적 근사가 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 재현하는지 확인하는 것.
• 이 힉스 없는 모형과 표준모형을 구별할 수 있는 실험적 검증 방법을 제안하는 것.

제안 방법

• 게이지 군 $G = SU(3) \times SU(2)_L \times U(1) \times C$를 가정하며, 여기서 $C$는 국소 콕페르멀 군이다.
• 표준모형 및 중력 장을 포함하지만 힉스 질량 항을 제외한, 군 $G$에 대해 게이지 불변인 라그랑지안을 구성한다.
• 힉스 장의 위상 고정과 비물리적 성분 제거를 위해 유니타리 게이지를 적용한다.
• 콕페르멀 척도 고정 조건을 도입하여 힉스 장의 네 개의 실수 성분을 모두 제거함으로써, 실제로 힉스 보손을 제거한다.
• 이로 인한 제약 조건을 활용하여, 다이내믹한 대칭 깨짐을 통해 벡터 보손, 페르미온, 중력보스의 질량 생성 항을 유도한다.
• 중력 부문의 고전적 근사를 분석하여 아인슈타인 방정식과의 호환성을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 힉스 장을 도입하지 않고 국소 콕페르멀 대칭 아래에서 기본 상호작용을 일관적으로 통합할 수 있는가?
• RQ2 힉스 메커니즘 없이 트리 수준에서의 벡터 보손, 렙톤, 쿼크의 질량은 어떻게 생성될 수 있는가?
• RQ3 이 모형의 중력 부문이 고전적 근사에서 아인슈타인의 일반 상대성 이론으로 축소되는가?
• RQ4 이 힉스 없는 모형과 표준모형 사이의 관측 가능한 차이점은 무엇이며, 실험적으로 검증 가능한가?
• RQ5 힉스 질량 항이 존재하지 않는다는 점이 실제로 관측된 W 및 Z 보손과 페르미온의 질량과 어떻게 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• 국소 콕페르멀 대칭 $C$에 의해 힉스 질량 항 $\mu^2\Phi^\dagger\Phi$가 금지되어, 힉스 보손이 필요로 하는 조건이 제거된다.
• 유니타리 조건과 콕페르멀 척도 고정 조건을 통해 힉스 장의 네 개의 실수 성분이 모두 제거되어 물리적 힉스 자유도는 존재하지 않는다.
• W 및 Z 보손, 렙톤, 쿼크의 트리 수준 질량은 다이내믹하게 생성되며, 표준모형과 동일한 공식을 따른다.
• 중력 부문의 고전적 근사는 아인슈타인-힐베르트 작용을 재현하여 일반 상대성 이론과의 호환성을 확인한다.
• 이 모형은 표준모형과 구별되는 실험적 서명을 예측하며, 힉스 기반 물리학의 대안으로 실험적으로 검증 가능한 새로운 가능성을 제시한다.