[论文解读] Landscape Prediction for the Higgs Boson and Top Quark Masses

Brian Feldstein, Lawrence J. Hall+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用 5

一句话总结

本文提出，约115 GeV的希格斯玻色子质量源于一个真空多连通的景观中，其中希格斯四次耦合常数在低值处具有峰值概率分布，且通过环境选择机制产生。最可能的希格斯玻色子质量被预测为115 GeV，外加25/p GeV的向上涨落，其中p表示耦合分布峰值强度的参数，再加上由高阶圈效应和输入参数引起的±6 GeV不确定性。

ABSTRACT

If the Standard Model is valid up to scales near the Planck mass, and if the cosmological constant and Higgs mass parameters scan on a landscape of vacua, it is well-known that the observed orders of magnitude of these quantities can be understood from environmental selection for large scale structure and atoms. If in addition the Higgs quartic coupling scans, with a probability distribution peaked at low values, environmental selection for a phase having a scale of electroweak symmetry breaking much less than the Planck scale leads to a most probable Higgs mass of 115 GeV. While fluctuations below this are negligible, the upward fluctuation is 25/p GeV, where p measures the strength of the peaking of the a priori distribution of the quartic coupling. There is an additional \\pm 6 GeV uncertainty from calculable higher loop effects, and also sensitivity to the experimental values of m_t and \\alpha_s.

研究动机与目标

• 通过真空景观中的环境选择机制，解释约115 GeV的观测希格斯玻色子质量。
• 研究希格斯四次耦合常数的概率分布如何影响最可能的希格斯玻色子质量。
• 量化量子修正以及顶夸克和强相互作用耦合常数的不确定性对预测的影响。
• 评估四次耦合常数分布中向上涨落对观测希格斯玻色子质量的决定作用。
• 确定观测到的希格斯玻色子质量是否可由景观扫描与选择效应的结合推导出，以实现低能物理的可行性。

提出的方法

• 假设标准模型在普朗克尺度下仍然有效，且宇宙学常数和希格斯质量参数在多宇宙的真空景观中扫描。
• 引入一个在低值处具有峰值的希格斯四次耦合常数概率分布，以建模不同耦合强度的先验可能性。
• 应用环境选择标准——偏好能够支持大尺度结构和稳定原子的真空——以识别可行的低能真空。
• 在电弱对称性自发破缺发生在远低于普朗克尺度的条件下，计算最可能的希格斯玻色子质量。
• 将高阶圈量子修正作为预测希格斯玻色子质量中±6 GeV不确定性的来源。
• 敏感分析预测结果对顶夸克质量实验值和强相互作用耦合常数αs的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当希格斯四次耦合常数以低值处具有峰值的分布扫描时，景观选择所预测的最可能希格斯玻色子质量是多少？
• RQ2 四次耦合常数的向上涨落如何影响预测的希格斯玻色子质量？其偏移量的大小是多少？
• RQ3 高阶圈量子修正对预测希格斯玻色子质量不确定性的贡献有多大？
• RQ4 预测结果对顶夸克质量与强相互作用耦合常数输入值变化的敏感度如何？
• RQ5 观测到的约115 GeV的希格斯玻色子质量是否能通过多宇宙中耦合常数扫描与环境选择的结合自然解释？

主要发现

• 在四次耦合常数分布于低值处具有峰值的假设下，最可能的希格斯玻色子质量被预测为115 GeV。
• 四次耦合常数的向上涨落会额外贡献25/p GeV到预测的希格斯玻色子质量中，其中p表示先验分布峰值强度的参数。
• 高阶圈量子修正引入了可计算的±6 GeV的预测希格斯玻色子质量不确定性。
• 预测结果对顶夸克质量的实验值和强相互作用耦合常数αs的取值敏感。
• 低于115 GeV的涨落可忽略不计，表明预测对向下偏离具有鲁棒性。
• 因此，观测到的希格斯玻色子质量可解释为环境选择偏好低能电弱对称性自发破缺真空的结果。