[논문 리뷰] F(750), We Miss You as a Bound State of 6 Top and 6 Antitop Quarks, Multiple Point Principle

Holger Frits Bech Nielsen, D. L. Bennett외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 30.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 41인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 순수한 표준모형에서 강한 힉스 및 글루온 교환로 인해 여섯 개의 토프 쿼크와 여섯 개의 반토프 쿼크로 이루어진 결합 상태가 형성되며, 이들의 질량은 다중점 원리(MPP)에 의해 약 750 GeV로 안정화된다고 제안한다. MPP는 거의 영 에너지 밀도를 가진 진공들 간의 degeneracy를 강제하여, 세 가지 독립된 방법으로 동일한 예측을 이끌어내며, 이는 이후 실험적으로 반증된 2015년 LHC의 이중광자 비례 증거와 일치한다.

ABSTRACT

We review our speculation, that in the pure Standard Model the exchange of Higgses, including also the ones "eaten by $W^{\pm}$ and Z", and of gluons together make a bound state of 6 top plus 6 anti top quarks bind so strongly that its mass gets down to about 1/3 of the mass of the collective mass 12 $m_t$ of the 12 constituent quarks. The true importance of this speculated bound state is that it makes it possible to uphold, even inside the Standard Mode, our proposal for what is really a new law of nature saying that there are several phases of empty space, vacua, all having very small energy densities (of the order of the present energy density in the universe). The reason suggested for believing in this new law called the "Multiple (Criticality) Point Principle" is, that estimating the mass of the speculated bound state using the "Multiple Point Principle" leads to two consistent mass-values; and they even agree with a crude bag-model like estimate of the mass of this bound state. Very, unfortunately, the statistical fluctuation so popular last year, when interpreted as the digamma resonance F(750), turned out not to be a real resonance, because our estimated bound state mass is just around the mass of 750 GeV.

연구 동기 및 목표

• 관측된 750 GeV 이중광자 공명(후에 통계적 변동으로 밝혀짐)을 순수한 표준모형 내에서 여섯 개의 토프 쿼크와 여섯 개의 반토프 쿼크로 이루어진 결합 상태로 설명하는 것.
• 다중점 원리(MPP)를 새로운 자연법칙으로 설정하여, 거의 영 에너지 밀도를 가진 여러 진공의 존재를 주장하는 것.
• MPP 기반 질량 예측과 6t+6t̄ 결합 상태 질량에 대한 간단한 백 모델 추정치 사이의 일관성을 보여주는 것.
• 응축 상태 진공이 암흑물질, 초신성 폭발, 그리고 우주론적 상수에 끼치는 영향을 탐색하는 것.

제안 방법

• 현재 진공, 높은 힉스 필드 진공, 그리고 강하게 绑정된 6t+6t̄ 상태를 가진 추측적 응축 상태 진공 간의 degeneracy를 강제하기 위해 다중점 원리(MPP)를 적용한다.
• 표준모형의 위상 스케일에서 플랑크 스케일(10^18 GeV)까지의 전이 과정에서 토프-요카 부합 상수를 재정규화군 방정식(RGEs)을 통해 기술하며, MPP 조건을 강제한다.
• 세 가지 독립된 접근 방식을 통해 결합 상태 질량을 추정한다: MPP 기반 진공 degeneracy, 토프-요카 부합 상수의 RGE 기반 전이, 그리고 간단한 백 모델 근사.
• 응축 상태 진공이 6t+6t̄ 결합 상태의 연속적인 분포를 포함하며, 전이 표면이 암흑물질 후보로 작용한다고 가정한다.
• 현존 진공이 준안정성 경계에 가까이 위치하도록 하는 힉스 질량 조건을 이용해 MPP 조건을 제약한다.
• 6t+6t̄ 결합 상태가 γγ, ZZ, tt̄ 최종 상태로 붕괴되며, γγ 및 ZZ 붕괴는 관측 가능할 수 있음을 모델링한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 후에 통계적 변동으로 밝혀진 750 GeV 이중광자 공명은 순수한 표준모형 내에서 여섯 개의 토프 쿼크와 여섯 개의 반토프 쿼크로 이루어진 강하게 결합된 상태로 설명될 수 있는가?
• RQ2 다중점 원리(MPP)는 새로운 물리학 없이도 6t+6t̄ 결합 상태 질량을 일관되게 예측할 수 있는 메커니즘인가?
• RQ3 힉스 및 글루온 상호작용이 여섯 개의 토프 쿼크와 여섯 개의 반토프 쿼크를 12mt보다 훨씬 낮은 질량을 가진 상태로 결합시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 MPP 조건이 약 10^18 GeV의 플랑크 스케일에 비해 약 10^2~10^3 배 정도 작은 약한 스케일을 예측하는 데 어떻게 기여하는가?
• RQ5 6t+6t̄ 결합 상태로 이루어진 응축 상태 진공은 암흑물질의 타당한 모델이 될 수 있으며, 초신성 폭발과 중성자기 터널링 시기와 같은 천체물리 현상을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 다중점 원리(MPP)를 기반으로 한 세 가지 독립된 방법을 통해 6t+6t̄ 결합 상태의 질량이 약 750 GeV로 예측되며, 이는 관측된 이중광자 공명 피크와 일치한다.
• MPP를 유지하기 위해 필요한 토프-요카 부합 상수는 1.02 ± 14%로 추정되며, 이는 실험적 값 0.935와 일치한다.
• MPP 조건은 약한 스케일이 플랑크 스케일보다 지수적으로 작아지도록 하며, 다이나믹한 정밀조정 메커니즘을 통해 계층 문제를 해결할 수 있는 메커니즘을 제공한다.
• 힉스 질량은 현재 진공이 준안정성 경계에 가까이 위치하도록 하며, 6t+6t̄ 결합 상태 보정 항목의 포함으로 이 조건이 안정화됨을 밝혀냈다.
• 6t+6t̄ 결합 상태로 이루어진 응축 상태 진공은 암흑물질 진주처럼 모델링될 수 있으며, 전이 표면이 존재하여 어두운 물질 대 정상 물질의 비율 6:1을 설명할 수 있다.
• 6t+6t̄ 결합 상태는 γγ 및 ZZ로 붕괴될 가능성이 유사한 분포를 보이며, 주로 tt̄로 붕괴되므로 실험적으로 관측하기 어려울 수 있다.