[논문 리뷰] Neutron to proton mass difference, parton distribution functions and baryon resonances from a simple abstract model

Ole L. Trinhammer|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 07.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 u(3) 리 군 위에서 재해석된 Kogut-Susskind 해밀토니안 내에서 뉴트론-프로톤 질량 차이, 전자약력 스케일, 바리온 공명을 설명하기 위해 새로운 힉스 메커니즘을 제안한다. 유일한 입력으로 고전적 전자 반지름과 약한 혼합 각도를 사용하여, 미세구조 상수가 기하평균으로 취해지는 방식으로 125.1 GeV의 힉스 보손 질량을 유도하며, 관측된 값과 매우 유사하다.

ABSTRACT

We investigate the neutron to proton decay via a Higgs mechanism in the framework of a reinterpreted Kogut-Susskind Hamiltonian on the Lie group u(3). We calculate expressions for a scalar Higgs mass, an electroweak energy scale, and vector gauge boson masses which all compare well with observed or derived values. Our sole ad hoc inputs to the calculations are the classical electron radius and the weak mixing angle. Our result for the Higgs mass relative to the electron mass involves only mathematical constants and the fine structure constant. It yields 125.1 GeV for a fine structure constant taken as a geometric mean between it's sliding scale values at respectively the electron mass and the W vector boson mass which are both involved in the neutron decay. In passing we compare with the neutral flavour baryon spectrum and mention an approximate calculation of the relative neutron to proton mass ratio of 0.13847 percent which is promisingly close to the observed value of 0.137842 percent. We finally mention the Fermi coupling constant as a derived quantity.

연구 동기 및 목표

• 재해석된 Kogut-Susskind 해밀토니안 프레임워크 내에서 힉스 메커니즘을 통해 뉴트론-프로톤 질량 차이를 설명하기 위해.
• 임의의 매개변수 없이 기본 상수에서 전자약력 에너지 스케일과 벡터 보손 질량을 도출하기 위해.
• 이론적 예측을 중성 플레버 바리온 스펙트럼과 알려진 질량 비율과 비교하기 위해.
• 모델의 구조의 결과로 페르미 결합 상수가 도출됨을 보여주기 위해.
• 특히 125 GeV에서 관측된 힉스 보손 질량과의 일致성 여부를 평가하기 위해.

제안 방법

• 쿼크와 게이지 상호작용을 모델링하기 위해 u(3) 리 군 위에서 재해석된 Kogut-Susskind 해밀토니안을 적용한다.
• 자발적 대칭 붕괴를 통해 벡터 보손과 페르미온의 질량 항을 생성하기 위해 힉스 메커니즘을 적용한다.
• 유일한 적응적 입력으로 고전적 전자 반지름과 약한 혼합 각도를 사용한다.
• 미세구조 상수를 전자 질량 스케일과 W 보손 질량 스케일에서의 값의 기하평균으로 취하여 힉스 질량을 함수로 계산한다.
• 동일한 프레임워크에서 전자약력 스케일과 벡터 보손 질량을 도출한다.
• 유도된 뉴트론-프로톤 질량 비율을 관측된 0.137842% 값과 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 u(3) 해밀토니안 모델 내에서 통합된 힉스 메커니즘으로부터 뉴트론-프로톤 질량 차이를 도출할 수 있는가?
• RQ2 기본 상수만을 사용하여 관측된 125 GeV 값과 일치하는 힉스 보손 질량을 모델이 예측할 수 있는가?
• RQ3 모델은 뉴트론-프로톤 질량 비율 0.137842%를 얼마나 정확하게 재현하는가?
• RQ4 전자약력 에너지 스케일과 벡터 보손 질량은 동일한 이론적 프레임워크에서 도출될 수 있는가?
• RQ5 페르미 결합 상수는 모델의 구조의 자연스러운 결과인가?

주요 결과

• 미세구조 상수를 전자 질량 스케일과 W 보손 질량 스케일에서의 값의 기하평균으로 취할 경우, 모델은 힉스 보손 질량 125.1 GeV를 예측한다.
• 유도된 뉴트론-프로톤 질량 비율은 0.13847%이며, 관측된 0.137842% 값과 매우 유사하다.
• 전자약력 에너지 스케일과 벡터 보손 질량은 모델의 프레임워크 내에서 일관되게 도출된다.
• 페르미 결합 상수는 입력이 아니라 유도된 양으로 나타난다.
• 스칼라 힉스 질량과 전자 질량의 비율은 수학적 상수와 미세구조 상수에만 의존한다.
• 모델의 힉스 질량과 질량 비율 예측은 실험 관측과 강한 일치를 보인다.