[논문 리뷰] Conformal Dynamics for TeV Physics and Cosmology

Francesco Sannino|University of Southern Denmark Research Portal (University of Southern Denmark)|2009. 11. 05.

Chemical and Physical Properties of Materials참고 문헌 1인용 수 58

한 줄 요약

이 논문은 비초대칭 게이지 이론에서의 동역학적 동칭 붕괴를 통합적인 프레임워크로 발전시켜, SU(N), Sp(2N), SO(N) 게이지 이론에서 다양한 표현에 대한 페르미온을 가진 단위계의 위상도를 매핑하기 위해 전례 없는 전순서 베타 함수를 도입한다. 이는 특히 저에너지 스케일에서의 경량 복합 힉스를 제공하는 최소 보존 기반 기술 이론(최소 워킹 테크놀로지)을 포함한 최소 보존 모델을 규명하며, 시험 가능한 현상물리학을 지닌 표준모형 힉스의 타당한 대안을 제시한다.

ABSTRACT

We introduce the topic of dynamical breaking of the electroweak symmetry and its link to unparticle physics and cosmology. The knowledge of the phase diagram of strongly coupled theories plays a fundamental role when trying to construct viable extensions of the standard model (SM). Therefore we present the state-of-the-art of the phase diagram for SU, Sp and SO gauge theories with fermionic matter transforming according to arbitrary representations of the underlying gauge group. We summarize several analytic methods used recently to acquire information about these gauge theories. We also provide new results for the phase diagram of the generalized Bars-Yankielowicz and Georgi-Glashow chiral gauge theories. These theories have been used for constructing grand unified models and have been the template for models of extended technicolor interactions. To gain information on the phase diagram of chiral gauge theories we will introduce a novel all orders beta function for chiral gauge theories. This permits the first unified study of all non-supersymmetric gauge theories with fermionic matter representation both chiral and non-chiral. To the best of our knowledge the phase diagram of these complex models appears here for the first time. We will introduce recent extensions of the SM featuring minimal conformal gauge theories known as minimal walking models. Finally we will discuss the electroweak phase transition at nonzero temperature for models of dynamical electroweak symmetry breaking.

연구 동기 및 목표

• 강한 상호작용 게이지 이론과 페르미온 물질을 분석하여 표준모형을 초월한 동역학적 전자약 대칭 붕괴의 이해를 확장하기 위해.
• 전자약 정밀도 제약을 위반하지 않으면서도 테브 스케일 이하의 경량 복합 힉스를 실현할 수 있는 이론을 규명하여 타당한 복합 힉스 모델을 구축하는 데 도전 과제를 해결하기 위해.
• 새로운 전순서 베타 함수를 사용하여 비초대칭 편미분 및 비편미분 게이지 이론을 처음으로 통합적으로 연구하기 위해.
• 워킹 테크놀로지 모델에서의 전자약 위상전이를 탐구하고, 그 우주론적 및 현상물리학적 타당성을 평가하기 위해.
• 전자약 정밀도 데이터와 LHC 제약 조건을 충족시키는 최소 보존 모델—특히 최소 워킹 테크놀로지—를 수립하기 위해.

제안 방법

• 편미분 게이지 이론에 대한 추측적 전순서 베타 함수를 도입하여, 그 위상적 구조를 체계적으로 연구할 수 있도록 한다.
• 스윙거-다이슨 방정식의 rainobow 근사 및 열적 자유도 수세기와 같은 분석적 방법을 적용한다.
• 대규모 N 스케일링과 't Hooft 한계를 사용하여, QCD 유사 스펙트럼을 더 많은 색수와 쿼크 수를 가진 기술 이론으로 외삽한다.
• 최소 워킹 테크놀로지의 효과적 라그랑지안을 구성하고, 축성분 스펙트럼 함수를 통해 Weinberg 합 규칙과 S 파라미터와 연결한다.
• 기하 스케일링과 이상성 제약 조건을 사용하여 복합 상태(예: 기술보자리 및 스칼라)를 물리적 관측 가능량으로 매핑한다.
• 열장 이론 기법과 동역학 창의 분석을 사용하여 워킹 테크놀로지 모델에서의 전자약 위상전이를 평가한다.

Figure 1: Cartoon representing the various forces of nature. At very high energies one may imagine that all the low-energy forces unify in a single force.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르미온이 임의의 표현에 있는 비초대칭 SU(N), Sp(2N), SO(N) 게이지 이론의 위상도는 어떻게 되는가?
• RQ2 전자약 정밀도 제약을 위반하지 않으면서도 워킹 테크놀로지 모델에서 경량 복합 힉스를 실현할 수 있는가?
• RQ3 편미분 게이지 이론에 대한 전순서 베타 함수는 어떻게 통합적인 보존 및 붕괴 위상의 기술을 가능하게 하는가?
• RQ4 최소 워킹 테크놀로지 모델의 우주론적 및 충돌기 서명은 무엇인가?
• RQ5 고차원 페르미온 표현(예: 이중 인덱스 대칭/반대칭 표현)은 복합 힉스와 기술보자리 공진 상태 사이의 질량 계층에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 논문은 비초대칭 편미분 게이지 이론에 대한 첫 번째 통합 위상도를 제시하며, 일반화된 Bars-Yankielowicz 및 Georgi-Glashow 모델을 포함한다.
• 이중 인덱스 반대칭 페르미온을 가진 SU(N) 및 Sp(2N) 게이지 이론에서, 가장 가벼운 스칼라(복합 힉스로 식별됨)는 모든 N_TC ≥ 3에서 그에 상응하는 기술보자리 메존보다 가볍게 유지된다.
• 대규모 N_TC 근사에서 복합 힉스 질량은 M_H ~ v_weak / F_π × √(3√2 / (N_D N_TC (N_TC - 1)))로 스케일링되며, 이는 대규모 N_TC에서 경량 힉스를 제공한다.
• 보존 고정점 근처에서 스칼라 질량 대 파이온 붕괴 상수 비율은 유한하게 유지되며, 이는 워킹 테크놀로지에서 경량 복합 힉스의 존재를 시사한다.
• 최소 워킹 테크놀로지(MWT) 모델은 Weinberg 합 규칙과 S 파라미터와 호환되며, 새로운 렙톤과 캐스텔리 시뮬레이션 확장에 대한 제약 조건이 존재한다.
• 이중 인덱스 대칭 표현에서의 벡터 및 스칼라 공진 상태 스펙트럼은 반대칭 케이스보다 N_TC 증가에 따라 더 빨리 경량화되며, 이는 대규모 N 근사에서 힉스 없는 유사 행동을 지향한다.

Figure 2: Postage stamp representing all of the elementary particles which constitute the SM. The forces are mandated with the $SU(3)\times SU(2)\times U(1)$ gauge group.