[논문 리뷰] Hierarchy Problem and a new Bound State

C.D. Froggatt, H. B. Nielsen|ArXiv.org|2003. 12. 16.

Cosmology and Gravitation Theories참고 문헌 7인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 초대칭을 고려하지 않고 표준모형의 계층 문제를 해결하기 위해 다중점 원리에 따라 세 개의 에너지 밀도가 근사적으로 동일한 진공 상태(우주론적 상수 0)를 가정함으로써 제안한다. 이는 힉스 보존에 의한 상호작용으로 유도되는 6개의 토프 쿼크와 6개의 반토프 쿼크로 이루어진 결합 상태를 제안하며, 이는 한 진공 상태에서 응축되어 전자약력 스케일을 동적으로 생성하고, 전자약력 스케일과 플랑크 스케일 사이의 관측된 계층 문제를 로그 비율이 관측된 값과 유사하게 재현한다.

ABSTRACT

Instead of solving the fine-tuning problems by some automatic method or by cancelling the quadratic divergencies in the hierarchy problem by a symmetry (such as SUSY), we rather propose to look for a unification of the different fine-tuning problems. Our unified fine-tuning postulate is the so-called Multiple Point Principle, according to which there exist many vacuum states with approximately the same energy density (cosmological constant). Our main point here is to suggest a scenario, using only the pure Standard Model, in which an exponentially large ratio of the electroweak scale to the Planck scale results. This huge scale ratio occurs due to the required degeneracy of three suggested vacuum states. The scenario is built on the hypothesis that a bound state formed from 6 top and 6 anti-top quarks, held together mainly by Higgs particle exchange, is so strongly bound that it can become tachyonic and condense in one of the three suggested vacua. If we live in this vacuum, the new bound state would be seen via its mixing with the Higgs particle. It would have essentially the same decay branching ratios as a Higgs particle of the same mass, but the total lifetime and production rate would deviate from those of a genuine Higgs particle. Possible effects on the rho parameter are discussed.

연구 동기 및 목표

• 초대칭이나 기본 매개변수의 미세조정에 의존하지 않고 표준모형의 계층 문제를 해결하기 위해.
• 특히 계층 문제와 우주론적 상수 문제를 하나의 원리인 진공 비균형성으로 통합하기 위해.
• 강하게 결합된 6개의 토프 쿼크 상태의 역학을 통해 전자약력 스케일과 플랑크 스케일 사이의 큰 비율을 설명하기 위해.
• 진공에서 새로운 결합 상태와 혼합되는 힉스 유사 입자의 관측 가능한 서명을 예측하기 위해 — LHC에서 검출 가능하다.

제안 방법

• 다중점 원리 도입: 약 0인 우주론적 상수를 가진 세 개의 진공 상태가 존재한다.
• 순수한 표준모형이 플랑크 스케일까지 유효하며, 시에이브 스케일에서 소량의 수정만 존재한다고 가정한다.
• 주로 힉스 보존에 의한 상호작용과 자기 일관적인 부트스트랩 상호작용에 의해 결합된 6개의 토프 쿼크와 6개의 반토프 쿼크로 이루어진 결합 상태를 도입한다.
• 톱 쿼크 요하드 상수의 양자군 수렴을 사용하여 전자약력 스케일에서의 값(약 1.3)과 기본 스케일에서의 값(약 0.4)을 연결함으로써 큰 계층을 생성한다.
• 이 결합 상태의 진공 응축을 상전이로 모델링하며, 물리적 진공은 이 결합 상태가 응축되는 진공이다.
• 이 결합 상태와 표준모형 힉스 사이의 혼합을 계산하여, 동일한 붕괴 분포비율을 가지지만 총 너비와 생성 확률가 변화된 두 개의 물리적 힉스 유사 상태를 도출한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 진공 비균형성을 강제함으로써 초대칭 없이 계층 문제를 해결할 수 있는가?
• RQ2 강하게 결합된 6개의 토프 쿼크 상태가 플랑크 스케일에서 전자약력 스케일을 자연스럽게 생성하는가?
• RQ3 관측된 토프 쿼크 요하드 상수의 값이 결합 상태 응축을 포함한 상전이의 임계 상수로 설명될 수 있는가?
• RQ4 진공에서 새로운 결합 상태와 혼합된 힉스 유사 입자의 현상학적 서명은 무엇인가?
• RQ5 이러한 결합 상태의 존재가 ρ 매개변수 및 기타 정밀 전자약력 관측량에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 모델은 전자약력 스케일에서의 토프 쿼크 요하드 상수가 약 1.3, 기본 스케일에서의 값이 약 0.4로 예측되며, 이는 계층을 생성하기 위해 필요한 수렴과 일치한다.
• 전자약력 스케일 대 플랑크 스케일 비율의 로그는 약 34로 예측되며, 모델의 근사치 범위 내에서 관측된 값과 일치한다.
• 표준모형 힉스와 6개의 토프 결합 상태 사이의 혼합으로 새로운 힉스 유사 입자가 나타나며, 동일한 붕괴 분포비율을 가지지만 총 너비와 생성 단면적은 수정된다.
• 이 결합 상태는 타키온적일 것으로 예측되며, 진공에서 응축되며, 가장 가능성 높은 시나리오는 우리가 이 응축이 일어나는 진공에 산다는 것이다.
• 이 시나리오는 특징적인 서명을 예측한다: 두 힉스 유사 상태 모두 업형 및 다운형 쿼크로의 결합 비율이 동일하며, 초대칭적 이중 힉스 모형과 다릅니다.
• 예측된 임계 요하드 상수와 실험적으로 측정된 토프 쿼크 요하드 상수 사이의 일치는 모델의 오차 범위 내에서 지지된다.