[논문 리뷰] Cosmological Relaxation of Higgs Mass Before and After LHC and Naturalness

Gia Dvali|arXiv (Cornell University)|2019. 08. 16.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 14인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 힉스 보손 질량이 자연스럽게 작다 이유가 대칭 보호 때문이 아니라, 무한한 엔트로피와 degeneracy를 가진 진공 상태이기 때문이라고 제안한다. 이 진공은 우주 팽창 기간 동안의 흡인자 역할을 한다. 기존의 자연스러움 개념이 테바 스케일에서 새로운 물리학이 필요로 하듯이, 이 메커니즘은 LHC에서 새로운 입자를 요구하지 않으며, 저에너지 관측자는 기저의 UV 물리학이 진공 선택을 지배하는 방식을 감지할 수 없다.

ABSTRACT

In post LHC era the old idea of cosmological vacuum relaxation of the Higgs mass that does not require any new physics in the vicinity of LHC energies acquires a new meaning. I discuss how this concept of naturanless differs from the standard one by 't Hooft. Here the observed value of the Higgs mass corresponds to a vacuum of infinite degeneracy and infinite entropy. Therefore, it represents and attractor point of cosmic inflationary evolution. This information is unavailable for a low energy observer living in one of such vacua. By not seeing any stabilizing physics at LHC such an observer is puzzled and creates an artificial problem of naturalness which in reality does not exist. We explain why this solution is fully compatible with the concept of Wilsonian decoupling.

연구 동기 및 목표

• LHC에서 새로운 물리학이 필요로 하는 자연스러움 문제로 보는 계층 문제를 재해석함으로써, 새로운 물리학이 필요로 하는 자연스러움 문제로 보는 계층 문제를 재해석함.
• 관측된 힉스 보손 질량이 무한한 디제너레이시와 엔트로피를 가진 진공과 대응하며, 영구 팽창 중에 흡인자 역할을 한다고 주장함.
• LHC에서 새로운 물리학이 발견되지 않았다는 것이 비자연스러움을 의미하는 것이 아니라, 기저의 메커니즘이 숨겨져 있음을 반영한다고 주장함.
• 이 메커니즘이 윌슨의 분리 원리와 효과적인 장 이론 원칙을 위반하지 않으며, 유효한 장 이론 원리와 호환됨을 확립함.
• 유사한 흡인자 역학을 통해 엔트로피 기반 자연스러움 개념을 강한 CP 문제와 같은 다른 문제로 확장함.

제안 방법

• 히긴스 보손 질량이 대칭에 의해 안정화되는 것이 아니라, 영구 팽창 중에 최대 엔트로피를 가진 진공을 선택하는 우주론적 역학에 의해 안정화된다고 제안함.
• 3형식 게이지 이론을 사용하여 진공 구조를 모델링함. CP를 보존하는 진공(θ = 0)은 전기장 강도 F = 0에 해당하며, 이는 3형식의 힉스 메커니즘을 통해 무한 엔트로피 상태로 승격됨.
• 흡인자 메커니즘을 사용하여 무한 엔트로피를 가진 진공이 동역학적으로 유리하며, 팽창 기간 동안 높은 확률로 실제화됨을 보여줌.
• 히긴스 보손 질량이 저에너지 물리학이 설명해야 할 파rameter가 아니라, 진공 구조의 전반적 특성의 결과임을 보여줌.
• 유사한 논리를 강한 CP 문제에 적용하여, θ = 0이 무한 엔트로피를 가진 진공이므로 흡인자 진공임을 보여줌.
• 이 메커니즘이 효과적인 장 이론과 윌슨의 분리 원리와 일치함을 주장함. 저에너지 관측자는 기저의 UV 구조의 신호를 감지하지 못함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 힉스 보손 질량은 플랑크 스케일보다 훨씬 작으며, 이는 LHC에서 새로운 물리학이 필요하지 않은가?
• RQ2 계층 문제는 대칭이 아니라 우주론적 진공 선택 문제로 해결될 수 있는가?
• RQ3 관측된 힉스 보손 질량은 방사 안정성 대신 진공의 디제너레이시와 엔트로피의 결과인가?
• RQ4 저에너지 관측자가 힉스 보손 질량을 안정화시키는 메커니즘을 감지하지 못하는 이유는 무엇인가?
• RQ5 유사한 흡인자 메커니즘이 강한 CP 문제와 같은 다른 자연스러움 문제를 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 관측된 힉스 보손 질량은 무한한 디제너레이시와 엔트로피를 가진 진공과 대응하며, 이는 우주 팽창 기간 동안의 동역학적 흡인자 역할을 한다.
• LHC에서 새로운 물리학이 발견되지 않았다는 것은 비자연스러움을 의미하지 않으며, 기저의 메커니즘이 테바 스케일에서 감지 가능한 신호가 없기 때문에 저에너지 관측자에게는 숨겨져 있음.
• 이 메커니즘은 윌슨의 분리 원리와 효과적인 장 이론 원리와 완전히 호환되며, 저에너지 실험은 직접적으로 UV 물리학을 탐색하지 않음.
• 유사한 흡인자 메커니즘은 QCD의 θ-파라미터가 0이 되는 것을 설명할 수 있으며, 이는 3형식 게이지 장이 힉스화되면서 무한 엔트로피 진공이 되기 때문이다.
• 계층 문제의 해결책은 새로운 입자가 아니라, 최대 엔트로피를 가진 진공의 우주론적 실제화이며, 이는 저에너지 관측자에게는 가시하지 않다.
• 이 메커니즘은 자연스러움이 대칭이나 미세 조정 문제에 관한 것이 아니라, 영구 팽창에서 고엔트로피 진공의 통계적 우세성에 기반한다는 것을 시사한다.