[논문 리뷰] PREdicted the Higgs Mass

H. B. Nielsen|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 82인용 수 27

한 줄 요약

이 논문은 관측된 힉스 보손 질량 약 126 GeV가 우연이 아니라, '다중 점 원리'(MPP)의 결과임을 제안한다. MPP는 힉스 장 값이 플랑크 스케일 근처에서 전자약력 진공과 가짜 진공이 에너지적으로 동일한 상태가 되도록 요구한다. 진공 안정성 또는 준안정성을 요구할 경우 도출되는 힉스 질량 예측치 129.4 ± 2 GeV는 표준모형이 플랑크 스케일 근처까지 유지될 수 있으며, 스케일이 끝나는 데서 오는 최소한의 새로운 물리학(오른쪽 수동성 중성자에 의한 시브 메커니즘을 위한 것) 이외에는 추가적인 새로운 물리학이 필요로 하지 않는다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We like to investigate the idea of taking as non-accidental a remarkably good agreement of our (C.D. Froggatt and myself, and also with Yasutaka Takanishi) prediction of the Higgs mass. Our modernized most simple "multiple point principle" prediction $129.4 \pm 2$ GeV versus the recently observed $126 \pm 1$ GeV agrees well. The PREdicted Higgs mass is essentially the smallest value, that would not make our present vacuum unstable. There are two slightly different versions in as far as we can either use absolute stability by the alternative vacuum being required to have higher energy density than the present one or just metastability requiring that our vacuum should not have decayed in the early time just after big bang (or later if that should be easier). This is of course provided we suppose that the Standard Model would function almost all the way up to the scale relevant for the alternative vacuum (which as we shall see is close to the Planck energy scale for the Higgs field expectation value). The principle we used to our PREdiction were the requirement of degenerate vacua which we called "multiple point principle" and I shall seek to deliver some arguments that this MPP is "nice" to assume, i.e. it is likely to be true.

연구 동기 및 목표

• 관측된 힉스 보손 질량 약 126 GeV가 우연이 아니라, 진공 안정성의 결과임을 설명한다.
• 오직 오른쪽 수동성 중성자만 존재하는 새로운 물리학으로 가정할 경우, 표준모형이 플랑크 스케일 근처까지 유효할 수 있음을 주장한다.
• 다중 점 원리(MPP)가 힉스 질량의 미세조정을 자연스럽게 설명하는 물리적으로 타당한 메커니즘이 되도록 지지한다.
• 만약 힉스 질량이 진공 안정성의 임계값에 정확히 위치해 있다면, LHC에서 새로운 물리학이 관측되지 않은 것을 설명할 수 있음을 제안한다.
• 최소한의 표준모형 프레임워크 내에서 힉스 장이 인플라톤 역할을 할 수 있는지 탐색한다.

제안 방법

• 플랑크 스케일 근처의 높은 힉스 장 값에서 전자약력 진공과 고장력 진공이 에너지적으로 동일한 상태가 되도록 요구하는 다중 점 원리(MPP)를 적용한다.
• 힉스 장의 효과적 포텐셜 $ V_{\text{eff}}(\phi_h) $ 를 사용하여 포텐셜이 모든 힉스 장 값에서 양수로 변하지 않도록 하는 임계 힉스 질량을 결정한다.
• 표준모형이 플랑크 스케일까지 유지되며, 중성자 질량과 비대칭성 생성을 설명하기 위해 오른쪽 수동성 중성자 외에 미세한 수정만 가하는 것으로 가정한다.
• MPP에서 유도된 예측값 $ 129.4 \pm 2 $ GeV 와 LHC에서 관측된 값 $ 126 \pm 1 $ GeV 를 비교하여 일치 여부를 평가한다.
• 최소한의 모형에서 힉스 장이 인플라톤으로서의 역할을 할 수 있는지 평가하기 위해 슬로우롤 조건을 분석한다.
• 고에너지 스케일까지의 효과적 포텐셜 안정성을 테스트하기 위해 힉스 자기결합 상수 $ \lambda $ 의 재규격화군 진화를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 힉스 질량 126 GeV 는 우연이 아니라 진공 안정성 또는 준안정성의 결과인가?
• RQ2 오직 오른쪽 수동성 중성자 외에 새로운 물리학이 추가되지 않는 한, 표준모형이 플랑크 스케일까지 유효하게 유지될 수 있는가?
• RQ3 다중 점 원리는 힉스 질량의 미세조정을 자연스럽게 설명할 수 있는가?
• RQ4 추가 스칼라 장 없이 최소한의 모형에서 힉스 장이 인플라톤 역할을 할 수 있는가?
• RQ5 관측된 힉스 질량은 플랑크 스케일 이하에서 새로운 물리학 존재에 어떤 제약을 둔다?

주요 결과

• 다중 점 원리에 따른 예측된 힉스 질량은 $ 129.4 \pm 2 $ GeV 로, LHC에서 관측된 값인 $ 126 \pm 1 $ GeV 와 뛰어난 일치를 보인다.
• 진공 안정성의 임계값에서의 힉스 질량은 효과적 포텐셜이 모든 힉스 장 값에서 양수로 유지됨을 의미하여 진공 붕괴를 방지한다.
• 진공 준안정성은 초기 우주 이후 현재 진공이 붕괴되지 않았다는 조건을 필요로 하며, 이는 힉스 질량이 임계값 이상이어야 한다는 제약을 둔다.
• 오직 오른쪽 수동성 중성자만 새로운 물리학으로 도입된다면, 표준모형은 거의 플랑크 스케일까지 유효하게 유지될 수 있다.
• 만약 힉스 질량이 진공 안정성 경계에 정확히 위치해 있다면, LHC에서 새로운 물리학이 관측되지 않는 것은 MPP와 일치한다.
• 히iggs 장은 잠재적으로 인플라톤 역할을 할 수 있으나, 이 경우 슬로우롤 문제를 해결해야 하며, 이는 여전히 도전 과제이지만 불가능하지는 않다.