[논문 리뷰] Standard Model false vacuum Inflation: correlating the tensor-to-scalar ratio to the top and Higgs masses

Isabella Masina, Alessio Notari|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 22.

Cosmology and Gravitation Theories인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 약 10^16 GeV에서 표준모형 힉스 포텐셜의 준안정한 가짜 진공에서 기원한 초기 우주 팽창을 제안하며, 토프 쿼크와 힉스 보손 질량이 126.0 ± 3.5 GeV로 엄격하게 제약됨을 보여준다. 이 시나리오는 향후 중력파 실험에서 검출 가능한 텐서-스칼라 비율을 예측함으로써 입자물리학과 천체물리학 사이의 검증 가능한 연결고리를 제공한다.

ABSTRACT

For a narrow band of values of the top quark and Higgs boson masses, the Standard Model Higgs potential develops a false minimum at energies of about $10^{16}$ GeV, where primordial Inflation could have started in a cold metastable state. A graceful exit to a radiation-dominated era is provided, e.g., by scalar-tensor gravity models. We pointed out that if Inflation happened in this false minimum, the Higgs boson mass has to be in the range $126.0 \pm 3.5$ GeV, where ATLAS and CMS subsequently reported excesses of events. Here we show that for these values of the Higgs boson mass, the inflationary gravitational wave background has be discovered with a tensor-to-scalar ratio at hand of future experiments. We suggest that combining cosmological observations with measurements of the top quark and Higgs boson masses represents a further test of the hypothesis that the Standard Model false minimum was the source of Inflation in the Universe.

연구 동기 및 목표

• 약 10^16 GeV에서 표준모형 힉스 포텐셜의 가짜 진공이 초기 우주 팽창을 유도할 수 있는지 탐색하기.
• 이러한 시나리오가 타당하기 위해 필요한 토프 쿼크와 힉스 보손 질량의 제약 조건을 규명하기.
• 이 팽창 메커니즘이 측정 가능한 텐서-스칼라 비율을 가진 검출 가능한 중력파 배경을 초래하는지 평가하기.
• 우주론적 관측과 정밀 측정된 토프 및 힉스 질량을 조합하여 가짜 진공 팽창 가설을 검증하는 것을 제안하기.

제안 방법

• 약 10^16 GeV에서 준안정한 가짜 최소값이 존재할 조건을 식별하기 위해 표준모형 힉스 포텐셜을 분석하기.
• 재규격화군 진동을 사용하여 팽창 스케일에서 가짜 진공을 안정화하는 데 필요한 힉스 및 토프 쿼크 질량을 결정하기.
• 스칼라-텐서 중력 모델을 적용하여 가짜 진공에서 복사가 지배하는 시대로의 부드러운 탈출 가능성을 확보하기.
• 이 시나리오에서 팽창 기간 동안 생성된 초기 중력파의 텐서-스칼라 비율을 계산하기.
• 예측된 텐서-스칼라 비율을 향후 중력파 실험의 감도 기준과 비교하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형 힉스 포텐셜이 약 10^16 GeV에서 기원하는 준안정한 가짜 진공을 지닐 수 있으며, 이 가짜 진공이 팽창을 이끌 수 있는가?
• RQ2 이러한 가짜 진공이 관측된 팽창 매개변수와 일치하기 위해 필요한 토프 쿼크와 힉스 보손 질량의 구체적인 값은 무엇인가?
• RQ3 가짜 진공 팽창 시나리오는 향후 실험에서 검출 가능한 중력파 배경과 측정 가능한 텐서-스칼라 비율을 예측하는가?
• RQ4 우주론적 관측과 정밀 측정된 힉스/토프 질량의 조합이 가짜 진공 팽창 가설의 검증 수 Mittel로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• 가짜 진공이 타당한 팽창 메커니즘을 제공하기 위해서는 힉스 보손 질량이 126.0 ± 3.5 GeV 범위 내에 있어야 한다.
• 이 질량 범위에서 모델은 향후 중력파 실험의 감도 범위에 들어오는 텐서-스칼라 비율을 예측한다.
• 가짜 진공 팽창 시나리오는 ATLAS와 CMS에서 보고한 힉스 보손 신호 강도의 초과 현상과 일치한다.
• 스칼라-텐서 중력 모델을 통해 팽창에서 복사 지배 시대로의 부드러운 탈출이 실현 가능하다.
• 정밀 측정된 토프 쿼크 및 힉스 보손 질량과 우주론적 관측 간의 상호작용은 가짜 진공 팽창 가설의 새로운 검증 수단을 제공한다.