[论文解读] SM Higgs mass bounds from theory

Thomas Hambye, Kurt Riesselmann|ArXiv.org|Aug 20, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 13

一句话总结

本文通过两圈有效势计算，重新评估了标准模型希格斯玻色子质量的理论上限。结果表明，当截断能标为 10^19 GeV 时，希格斯质量被限制在 M_H < 180 ± 4 ± 5 GeV 之间，其中上限比以往估计更为宽松，并确认若希格斯质量位于 160–170 GeV 范围内，标准模型在达到普朗克能标之前可保持微扰稳定性，且无需在该能标以下引入新物理。

ABSTRACT

The two-loop Higgs mass upper bounds are reanalyzed. Previous results for a cutoff scale $Λ\approx$ few TeV are found to be too stringent. For $Λ=10^{19}$ GeV we find $M_H &lt; 180 \pm 4\pm 5$ GeV, the first error indicating the theoretical uncertainty, the second error reflecting the experimental uncertainty due to $ m_t = 175 \pm 6 $ GeV. We also summarize the lower bounds on $M_H$. We find that a SM Higgs mass in the range of 160 to 170 GeV will certainly allow for a perturbative and well-behaved SM up to the Planck-mass scale $Λ_{Pl}\simeq 10^{19}$ GeV, with no need for new physics to set in below this scale.

研究动机与目标

• 通过有效势的两圈修正，重新评估标准模型希格斯玻色子质量的理论上限。
• 评估在对紫外截断能标假设更新后，先前希格斯质量上限的鲁棒性。
• 确定希格斯质量在 160–170 GeV 范围内时，标准模型是否可在不引入新物理的前提下，保持至普朗克能标时的微扰性与稳定性。
• 量化顶夸克质量不确定性（mt = 175 ± 6 GeV）对希格斯质量上限的影响。
• 通过检验标准模型在普朗克能标以下无需新粒子即可保持有效性的条件，阐明新物理的作用。

提出的方法

• 利用希格斯有效势的两圈修正，推导出对希格斯质量的约束。
• 应用跑动方程将希格斯自能耦合演化至普朗克能标（Λ ≈ 10^19 GeV）。
• 施加条件：希格斯自能耦合在达到普朗克能标前保持微扰性，且势能有下界。
• 将顶夸克质量不确定性（175 ± 6 GeV）作为理论误差来源，纳入上限的不确定性分析。
• 与先前假设较低截断能标（数TeV）的估计结果进行比较，发现后者过于严格。
• 进行稳定性分析，以确定确保标准模型在达到普朗克能标前保持良好行为的最小希格斯质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 当截断能标设定为 10^19 GeV 时，标准模型希格斯质量的修正上限是多少？
• RQ2 两圈修正的引入如何影响先前希格斯质量上限的可靠性？
• RQ3 在何种希格斯质量范围内，标准模型可在不引入新物理的前提下，保持至普朗克能标时的微扰性与稳定性？
• RQ4 希格斯质量上限对顶夸克质量不确定性的敏感度如何？
• RQ5 当考虑完整的普朗克能标截断时，先前基于较低截断能标得出的希格斯质量上限是否仍然有效？

主要发现

• 当截断能标为 10^19 GeV 时，希格斯质量被约束为 M_H < 180 ± 4 ± 5 GeV，其中第一项误差反映理论不确定性，第二项源于顶夸克质量的不确定性。
• 该上限显著弱于先前假设截断能标为几TeV时的估计结果。
• 若希格斯质量位于 160 至 170 GeV 之间，标准模型可保持微扰性，且希格斯势能有下界，直至达到普朗克能标。
• 若希格斯质量处于 160–170 GeV 范围内，则在普朗克能标以下无需引入新物理即可稳定标准模型。
• 该分析证实，在此条件下，标准模型可作为一致的有效场论延伸至普朗克能标。
• 本研究修正了早期结论，表明标准模型在更高能截断下比先前认为的更具稳定性。