[论文解读] PREdicted the Higgs Mass

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

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 82被引用 27

一句话总结

本文提出，观测到的约126 GeV的希格斯玻色子质量并非偶然，而是多重点原理（MPP）的结果，该原理要求电弱真空与高希格斯场值（接近普朗克尺度）处的虚假真空能量简并。希格斯质量的预测值为129.4 ± 2 GeV，源于要求真空稳定或亚稳态，暗示标准模型可能在接近普朗克尺度处依然有效，仅需右手中微子作为 seesaw 机制的新物理，而无需更多新物理。

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.

研究动机与目标

• 将观测到的约126 GeV的希格斯玻色子质量解释为真空稳定性而非偶然的结果。
• 论证若仅存在右手中微子作为新物理，标准模型可能在接近普朗克尺度处依然有效。
• 支持多重点原理（MPP）作为希格斯质量微调的物理动机机制。
• 提出若希格斯质量恰好位于稳定性阈值，大型强子对撞机（LHC）未发现新物理的现象可得到解释。
• 探索在最小标准模型框架下，希格斯场作为暴胀子的可行性。

提出的方法

• 应用多重点原理（MPP），要求电弱真空与接近普朗克尺度的高场强真空能量简并。
• 使用希格斯场的有效势 $ V_{\text{eff}}(\phi_h) $ 确定势能处处为正的临界希格斯质量，以避免真空衰变。
• 假设标准模型在接近普朗克尺度处保持有效，仅通过右手中微子引入微小修正以解释中微子质量和重子数不对称性。
• 将MPP预测的 $ 129.4 \pm 2 $ GeV 与LHC观测到的 $ 126 \pm 1 $ GeV 进行比较，以评估一致性。
• 通过评估最小模型中的慢滚条件，检验希格斯场是否可作为暴胀子。
• 利用希格斯自耦合常数 $ \lambda $ 的跑动行为，测试有效势在高能标下的稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的126 GeV的希格斯质量是真空稳定性或亚稳态的结果，而非随机巧合吗？
• RQ2 若仅引入右手中微子作为新物理，标准模型是否可在接近普朗克尺度处保持有效？
• RQ3 多重点原理是否为希格斯质量微调提供了自然解释？
• RQ4 在不引入额外标量场的前提下，希格斯场是否可在最小模型中扮演暴胀子角色？
• RQ5 观测到的希格斯质量对低于普朗克尺度的新物理存在施加了何种约束？

主要发现

• 在多重点原理下预测的希格斯质量为 $ 129.4 \pm 2 $ GeV，与LHC观测到的 $ 126 \pm 1 $ GeV 高度一致。
• 当希格斯质量处于稳定性阈值时，有效势对所有希格斯场值均为正，可防止真空衰变。
• 真空亚稳态要求宇宙早期至今的真空未发生衰变，从而将希格斯质量约束在临界值以上。
• 若仅引入右手中微子作为新物理，标准模型可在接近普朗克尺度处保持有效。
• 若希格斯质量恰好位于稳定性边界，LHC未发现新物理的现象与MPP一致。
• 希格斯场可能作为暴胀子，但需解决慢滚问题，此问题虽具挑战性但并非不可能。