[논문 리뷰] Mass Generation in the Standard Model without Dynamical Higgs Field

Marek Pawłowski, R. Rączka외 1명|ArXiv.org|1994. 03. 17.

Computational Physics and Python Applications인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 다이나믹한 힉스 장을 갖지 않고 표준모형에서 질량 생성 메커니즘을 제안한다. 국소 등각 대칭을 도입하여 게이지 대칭을 확장함으로써 이루어지며, 상호작용을 등각 대칭성의 조건을 만족하는 항들로 제한하고, 유니타리 및 등각 게이지 조건을 도입함으로써 힉스 두중성자의 네 개의 실수 성분이 모두 제거된다. 그러나 벡터 보손, 페르미온, 쿼크들은 기존 표준모형에서와 동일한 공식을 통해 질량을 획득한다. 이는 자발적 대칭 깨짐이나 물리적 힉스 보손 없이도 질량 생성을 실현한 것이다.

ABSTRACT

We call attention to the fact that the gauge symmetry $SU(3) imes SU(2)_{_L} imes U(1)$ of the Standard Model can be easily and naturally extended by the local conformal symmetry connected with the possibility of choosing the local length scale. Restricting the admissible interactions to the lowest order conformal invariant interactions one gets the unique form of total lagrangian. It contains all Standard Model fields and gravitational interaction. Using the unitary and the conformal gauge conditions we can eliminate all four real components of the Higgs doublet in this model. However the masses of vector mesons, leptons and quarks are automatically generated and are given by the same formulas as in the conventional Standard Model. In this manner one gets the mass generation without the mechanism of spontaneous symmetry breaking and without the remaining real dynamical Higgs field.

연구 동기 및 목표

• 다이나믹한 힉스 장에 의존하지 않고 표준모형에서 질량 생성을 위한 대안적 메커니즘을 탐색하는 것.
• 국소 등각 대칭이 표준모형 장과 중력의 일관된 게이지 이론을 구성하는 기초가 될 수 있는지 조사하는 것.
• 벡터 보손, 렙톤, 쿼크가 자발적 대칭 깨짐이나 물리적 힉스 스칼라 없이 질량을 획득할 수 있는지 보여주는 것.
• 중력까지 포함한 전체 표준모형 라그랑지안이 등각 대칭성과 최소 순서 상호작용 제약 조건으로부터 유도될 수 있는지 보여주는 것.

제안 방법

• 표준모형 게이지 군 $SU(3)\times SU(2)_L\times U(1)$에 국소 등각 대칭을 추가하여 국소적으로 길이 척도를 재조정할 수 있도록 하는 것.
• 국소 등각 변환에 대해 불변인 항들만으로 상호작용 라그랑지안을 제한함으로써, 작용 수준에서의 등각 대칭성을 확보하는 것.
• 유니타리 및 등각 게이지 조건을 도입하여 힉스 두중성자의 네 개의 실수 성분을 모두 제거함으로써, 물리적 스펙트럼에서 힉스 장을 효과적으로 제거하는 것.
• 등각 대칭성과 최소 순서에서의 양자화 가능성을 고려하여, 모든 표준모형 장과 중력 상호작용을 포함한 전체 라그랑지안을 유도하는 것.
• 가짜 자유도를 제거하면서도 이론의 물리적 내용을 유지하기 위해 게이지 고정 절차를 사용하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형에서 다이나믹한 힉스 장 없이도 질량 생성을 달성할 수 있는가?
• RQ2 국소 등각 대칭을 포함함으로써 표준모형 라그랑지안의 일관되고 유일한 표현이 도출되는가?
• RQ3 게이지 고정을 통해 힉스 두중성이 완전히 제거될 수 있는가? 이 과정에서 벡터 보손과 페르미온의 질량 생성 일관성이 손상되지 않는가?
• RQ4 이 등각 프레임워크에서 유도된 벡터 보손, 렙톤, 쿼크의 질량 공식이 기존 표준모형의 공식과 일치하는가?

주요 결과

• 중력까지 포함한 전체 표준모형 라그랑지안은 등각 대칭성과 최소 순서 상호작용 제약 조건에 의해 유일하게 결정된다.
• 유니타리 및 등각 게이지 조건을 도입함으로써 힉스 두중성자의 네 개 성분이 물리적 스펙트럼에서 완전히 제거된다.
• 벡터 보손, 렙톤, 쿼크의 질량은 자동으로 생성되며, 힉스 메커니즘으로부터 도출된 표준 공식과 정확히 일치한다.
• 이 메커니즘은 자발적 대칭 깨짐이나 물리적 힉스 스칼라 입자를 요구하지 않고도 질량 생성을 실현한다.