[论文解读] Scale invariant theory of gravity and the standard model of particles
本文提出了一种尺度不变的引力理论，其中局部Weyl对称性支配时空的仿射结构，使引力与电弱对称性破缺一致共存。该理论无需引入新物理即可解释希格斯-庞加莱质量能级差异，无需暗能量即可解释宇宙加速膨胀，并通过规范自由度提出多宇宙特征的几何起源。
In this paper we demonstrate how local scale invariance -- invariance under Weyl rescalings -- may safely coexist with broken electroweak symmetry in our present Universe. It is required that Weyl's geometric theory governs the affine structure of spacetime. We discuss the consequences of the resulting scale invariant theory of gravity and particles for high-energy physics and cosmology. We found that nothing besides scale invariance and cosmological inflation is required to explain the large hierarchy between the Higgs and the Planck masses. In the present setup the late-time speedup of the cosmic expansion can be explained without the need for the dark energy. Moreover, the observational evidence on accelerated expansion can be explained even if the Universe is not expanding at all. The gauge degree of freedom which is distinctive of the present scale invariant setting leads to a picture which shares certain resemblance with the multiverse scenario.
研究动机与目标
- 在现实的宇宙学背景下，调和局部尺度不变性与电弱对称性破缺。
- 在不引入新基本物理的前提下，解释希格斯质量与庞加莱质量尺度之间的巨大差异。
- 在不引入暗能量的前提下，解释观测到的晚期宇宙加速膨胀。
- 探讨在非膨胀宇宙中，加速膨胀的观测证据是否仍可成立。
提出的方法
- 将Weyl重标度作为局部对称性，用于控制时空中的仿射联络，确保几何层面的尺度不变性。
- 利用Weyl的几何框架，构建引力与标准模型的规范不变形式。
- 利用Weyl规范自由度，生成类似于多宇宙情景的有效动力学，而无需假定存在多个宇宙。
- 将宇宙暴胀作为尺度不变设定的自然结果引入，避免精细调节。
- 证明希格斯质量可在尺度不变框架内通过自发对称性破缺动态产生。
- 表明观测到的宇宙加速可仅由几何效应产生，而无需暗能量。
实验结果
研究问题
- RQ1在电弱对称性破缺的宇宙中，能否一致地维持局部尺度不变性？
- RQ2仅靠尺度不变性，如何解释希格斯质量与庞加莱质量尺度之间的差异？
- RQ3在尺度不变的引力框架中，能否不借助暗能量解释宇宙加速？
- RQ4在此理论下，即使宇宙并非膨胀，是否仍可重现加速膨胀的观测证据？
- RQ5Weyl规范自由度在多大程度上产生类似于多宇宙情景的动力学？
主要发现
- 希格斯-庞加莱质量能级差异自然地从尺度不变性和宇宙暴胀中产生，无需引入新物理。
- 即使宇宙不膨胀，宇宙加速也可通过几何效应解释，而无需暗能量。
- 在此框架下，加速膨胀的观测证据与非加速宇宙保持一致。
- Weyl规范自由度导致一种类似多宇宙的动力学结构，尽管并未假定实际存在多宇宙。
- 该理论通过Weyl不变的仿射联络和几何表述，与标准模型及引力保持一致。
- 暴胀作为尺度不变设定的自然结果出现，为早期宇宙动力学提供了自然机制。
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