[论文解读] Natural Conformal Extensions of the Standard Model

Oleg Antipin, Matin Mojaza+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 46

一句话总结

本文提出了微扰自然共形（Perturbative Natural Conformal, PNC）理论——这是标准模型的扩展，其在经典层面具有共形对称性，并满足自然性所需的维耳特曼条件。该理论识别出一个高度可预测的PNC模型，预测希格斯玻色子质量为126 GeV，且存在一个新的541 GeV的单态标量粒子，其希格斯自耦合通过量子修正生成。

ABSTRACT

Using the renormalisation group framework we classify different extensions of the standard model according to their degree of naturality. A new relevant class of perturbative models involving elementary scalars is the one in which the theory simultaneously satisfies the Veltman conditions and is conformal at the classical level. We term these extensions perturbative natural conformal (PNC) theories. We show that PNC models are very constrained and thus highly predictive. Among the several PNC examples that we exhibit, we discover a remarkably simple PNC extension of the standard model in which the Higgs is predicted to have the experimental value of the mass equal to 126 GeV. This model also predicts the existence of one more standard model singlet scalar boson with a mass of 541 GeV and the Higgs self-coupling to emerge radiatively. We study several other PNC examples that generally predict a somewhat smaller mass of the Higgs to the perturbative order we have investigated them. Our results can be a useful guide when building extensions of the standard model featuring fundamental scalars.

研究动机与目标

• 利用规范群演化框架，基于自然性的程度对标准模型的扩展进行分类。
• 识别出一类新的微扰模型——微扰自然共形（PNC）理论，其在经典层面满足共形对称性与维耳特曼条件。
• 探索PNC模型的预测能力，特别是与希格斯玻色子质量及新标量态的出现相关的问题。
• 研究PNC模型是否能自然解释观测到的126 GeV的希格斯质量而无需精细调节。

提出的方法

• 应用规范群演化框架，分析标准模型标量扩展中耦合的跑动行为。
• 将经典共形对称性与维耳特曼条件作为双重约束，以定义PNC理论类别。
• 构建包含基本标量的显式PNC模型，包括一个在标准模型之外仅含一个单态标量的模型。
• 在一阶量子修正下计算希格斯质量与自耦合，以评估其通过量子修正生成的机制及与实验值的一致性。
• 评估模型在普朗克尺度以下的稳定性与微扰性，以确保其与微扰量子场论的一致性。
• 比较多个PNC模型的预测结果，以识别希格斯质量与新粒子质量的共性与差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在微扰框架下，是否存在一种理论，既在经典层面具有共形对称性，又能满足自然性所需的维耳特曼条件？
• RQ2 PNC模型的理论现象学预测是什么，特别是关于希格斯玻色子质量与新标量态存在的预测？
• RQ3 PNC模型中，希格斯自耦合是否能通过量子修正生成，而无需在基本层次引入显式耦合？
• RQ4 PNC模型受到多大程度的约束？与标准模型的其他扩展相比，是什么使其具有高度可预测性？
• RQ5 PNC框架是否能自然解释观测到的126 GeV的希格斯质量？

主要发现

• PNC框架识别出一类新模型，其在经典层面具有共形对称性并满足维耳特曼条件，从而增强了自然性。
• 一个PNC模型精确预测了126 GeV的希格斯玻色子质量，与实验观测完全一致。
• 该模型还预测了一个质量为541 GeV的标准模型单态标量玻色子。
• 该模型中，希格斯自耦合通过量子修正自然生成，未作为基本参数引入。
• 其他PNC模型在所研究的微扰阶次下，通常预测的希格斯质量略小于126 GeV。
• PNC模型受到高度约束，使其在未来的实验检验中具有极强的可预测性。