[论文解读] Neutron to proton mass difference, parton distribution functions and baryon resonances from a simple abstract model

Ole L. Trinhammer|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 1

一句话总结

本文在重新诠释的 u(3) 李群上的 Kogut-Susskind 哈密顿量框架内提出了一种新颖的希格斯机制，用以解释中子与质子的质量差、电弱能标以及重子共振态。仅以经典电子半径和弱混合角作为输入，通过精细结构常数的几何平均，推导出希格斯玻色子质量为 125.1 GeV，与观测值高度吻合。

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.

研究动机与目标

• 通过重新诠释的 Kogut-Susskind 哈密顿量框架中的希格斯机制，解释中子与质子的质量差。
• 从基本常数出发，不引入任意参数，推导电弱能标与规范玻色子质量。
• 将理论预测与中性味重子谱及已知质量比进行比较。
• 将费米耦合常数作为模型结构的自然结果推导出来。
• 评估该模型与观测粒子质量（特别是 125 GeV 的希格斯玻色子）的一致性。

提出的方法

• 在 u(3) 李群上重新诠释 Kogut-Susskind 哈密顿量，以描述夸克与规范场的相互作用。
• 应用希格斯机制，通过规范对称性的自发破缺，生成规范玻色子与费米子的质量项。
• 仅将经典电子半径与弱混合角作为唯一人为设定的输入参数。
• 将希格斯质量表示为精细结构常数的函数，其值取在电子与 W 玻色子质量标度下精细结构常数的几何平均。
• 从同一框架中推导出电弱能标与规范玻色子质量。
• 将所得中子-质子质量比与观测到的 0.137842% 值进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能在一个 u(3) 哈密顿量模型中，通过统一的希格斯机制推导出中子与质子的质量差？
• RQ2 该模型是否仅使用基本常数，即能预测与观测到的 125 GeV 值一致的希格斯玻色子质量？
• RQ3 该模型对中子-质子质量比（0.137842%）的重现精度如何？
• RQ4 电弱能标与规范玻色子质量是否可从同一理论框架中推导？
• RQ5 费米耦合常数是否为该模型结构的自然结果？

主要发现

• 当精细结构常数取在电子与 W 玻色子质量标度下其值的几何平均时，模型预测的希格斯玻色子质量为 125.1 GeV。
• 计算得到的中子-质子质量比为 0.13847%，与观测值 0.137842% 非常接近。
• 电弱能标与规范玻色子质量在模型框架内一致地被推导出来。
• 费米耦合常数作为推导量而非输入量自然出现。
• 标量希格斯质量与电子质量之比仅依赖于数学常数与精细结构常数。
• 该模型对希格斯质量与质量比的预测与实验观测高度一致。