[논문 리뷰] Electroweak Model Without A Higgs Particle

J. W. Moffat|ArXiv.org|2007. 09. 26.

Computational Physics and Python Applications참고 문헌 5인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 힉스 보손이 없는 유 end, 4차원 양자장 이론 전자약력 모형을 제안한다. W 및 Z 보손 질량은 국소적이지 않고 유한한 게이지 대칭을 가진 1-루프 진공 극화 그래프에서 기인한다. 이 모형은 약한 혼합 각도를 $\sin^2\theta_W(M_Z) = 0.21686 \pm 0.00097$로 예측하고, 비국소 스케일 $\Lambda_W(M_Z) = 541$ GeV를 제공하며, LHC에서의 주요 서명은 1 TeV 이상에서 $W_L^+W_L^- \to W_L^+W_L^-$ 반응 단면적이 0이 되는 것이다.

ABSTRACT

An electroweak model is formulated in a finite, four-dimensional quantum field theory without a Higgs particle. The W and Z masses are induced from the electroweak symmetry breaking of one-loop vacuum polarization graphs. The theory contains only the observed particle spectrum of the standard model. In terms of the observed twelve lepton and quark masses, a loop calculation of the non-local electroweak energy scale $Λ_W$ and $ρ$ predicts the values $Λ_W(M_Z)=541$ GeV and $ρ(M_Z)=0.993$, yielding $s^2_Z\equiv\sin^2θ_W(M_Z)=0.21686\pm 0.00097$. Possible ways to detect a non-local signal in scattering amplitudes involving loop graphs at the LHC are discussed. Fermion masses are generated from a ``mass gap'' equation obtained from the lowest order, finite fermion self-energy with a broken symmetry vacuum state. The cross section for $W_L^+ W_L^- o W_L^+ W_L^-$ is predicted to vanish for $\sqrt{s} > {1 m TeV}$, avoiding a violation of the unitarity bound. The Brookhaven National Laboratory measurement of the anomalous magnetic moment of the muon and the residual difference between the measured value and the standard model can provide a test of a non-local deviation from the standard model.

연구 동기 및 목표

• 계층 문제를 해결하기 위해 힉스 보손이 없는, 유한하고 양자역학적으로 단위성을 유지하는 전자약력 이론을 구축하기 위해.
• 힉스 메커니즘 대신 1-루프 진공 극화 그래프를 통해 전자약력 대칭 깨짐을 설명하기 위해.
• 관측 가능한 표준모형의 이격을 예측하기 위해, 예를 들어 고에너지에서 $W_L^+W_L^- \to W_L^+W_L^-$ 단면적이 0이 되는 것과 같은 현상.
• 유한한 1-루프 페르미온 자기에너지 다이어그램에서 유도된 질량 간극 방정식을 통해 페르미온 질량을 생성하기 위해.
• 뮤온의 비정상 자기모멘트 $g-2$ 및 비국소 루프 효과의 예측을 통해 모형을 시험하기 위해.

제안 방법

• 모든 차수에서 유한성을 보장하기 위해 무한차원 게이지군 $G(NL,4)$를 사용하여 비국소적이고 유한한 게이지 이론을 수립한다.
• 경로적분에서 동적 측도를 도입하여 비국소적 게이지 대칭을 깨며, W 및 Z 보손에 질량을 주되 광자는 질량이 0인 채로 유지한다.
• 페르미온 루프를 포함한 1-루프 진공 극화 그래프를 사용하여 힉스 보손 없이도 W 및 Z 보손 질량을 생성한다.
• 대칭 깨짐 상태에서의 유한한 페르미온 자기에너지에서 유도된 질량 간극 방정식을 구현하여 렙톤과 쿼크 질량을 생성한다.
• 로컬이고 로렌츠 불변인 나무단계의 절점이 표준모형과 일치하도록 유지한다.
• 루프 다이어그램에서 국소성의 이격을 매개변수화하기 위해 비국소 에너지 스케일 $\Lambda_W$를 도입하며, $\Lambda_W(M_Z) = 541$ GeV는 주요 예측이다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 무한한 양자장 이론에서 비국소적 효과가 있는 1-루프 진공 극화로 인해 힉스 보손 없이도 전자약력 대칭 깨짐이 발생할 수 있는가?
• RQ2 특히 $WW$ 산란에서 LHC에서 비국소적이고 힉스 없는 전자약력 모형의 관측 가능한 서명은 무엇인가?
• RQ3 힉스-요카와 상호작용 없이도 페르미온 질량은 어떻게 생성될 수 있으며, 질량 간극 방정식은 이 메커니즘에서 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 이 비국소적 프레임워크에서 뮤온의 비정상 자기모멘트 $g-2$ 가 표준모형 예측과 얼마나 다를 수 있는가?
• RQ5 힉스 없는, 유한한 이론에서 $\rho$ 파라미터와 약한 혼합 각도는 얼마나 정밀하게 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 모형은 $\sin^2\theta_W(M_Z) = 0.21686 \pm 0.00097$로 예측하며, 정밀 전자약력 데이터와 양호한 일치를 보인다.
• 비국소적 전자약력 에너지 스케일은 $\Lambda_W(M_Z) = 541$ GeV로 예측되며, 이는 모형의 핵심 매개변수이다.
• $W_L^+W_L^- \to W_L^+W_L^-$ 반응 단면적이 $\sqrt{s} > 1$ TeV에서 0이 되며, 이는 단위성 경계 위반을 피한다.
• 페르미온 질량은 힉스 부문을 피하기 위해 유한한 1-루프 페르미온 자기에너지 다이어그램과 질량 간극 방정식을 통해 생성된다.
• 비국소 기여는 뮤온의 비정상 자기모멘트에 대해 $\delta(a_\mu)_{\text{nl}} \leq K / \Lambda_W^2$로 유계되며, $K \leq 701 \pm 338$ MeV$^2$로 제한되며, 이는 검증 가능한 예측을 제공한다.
• 모형은 추가 차원이나 표준모형 스펙트럼 이외의 새로운 입자를 도입하지 않으면서도 유한하고, 포incare 불변이며, 단위성을 유지한다.