[论文解读] Standard Model false vacuum Inflation: correlating the tensor-to-scalar ratio to the top and Higgs masses

Isabella Masina, Alessio Notari|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2011

Cosmology and Gravitation Theories被引用 1

一句话总结

本文提出，原初暴胀起源于标准模型希格斯势在约10^16 GeV处的亚稳态假真空，其中顶夸克和希格斯玻色子的质量被严格约束在126.0 ± 3.5 GeV范围内。研究表明，该情景可预测未来引力波实验可探测到的张量标量比，为粒子物理与宇宙学之间提供了可检验的联系。

ABSTRACT

For a narrow band of values of the top quark and Higgs boson masses, the Standard Model Higgs potential develops a false minimum at energies of about $10^{16}$ GeV, where primordial Inflation could have started in a cold metastable state. A graceful exit to a radiation-dominated era is provided, e.g., by scalar-tensor gravity models. We pointed out that if Inflation happened in this false minimum, the Higgs boson mass has to be in the range $126.0 \pm 3.5$ GeV, where ATLAS and CMS subsequently reported excesses of events. Here we show that for these values of the Higgs boson mass, the inflationary gravitational wave background has be discovered with a tensor-to-scalar ratio at hand of future experiments. We suggest that combining cosmological observations with measurements of the top quark and Higgs boson masses represents a further test of the hypothesis that the Standard Model false minimum was the source of Inflation in the Universe.

研究动机与目标

• 探讨标准模型希格斯势在约10^16 GeV处的假真空是否可能触发原初暴胀。
• 确定该情景可行所需的顶夸克与希格斯玻色子质量的约束条件。
• 评估该暴胀机制是否会产生可被未来实验探测到的张量标量比的引力波背景。
• 提出结合宇宙学观测与顶夸克和希格斯玻色子质量的精确测量，对假真空暴胀假说进行联合检验。

提出的方法

• 分析标准模型希格斯势，以确定在约10^16 GeV处存在亚稳态假最小值的条件。
• 利用跑动重正化群演化，确定使假真空在暴胀尺度稳定的希格斯与顶夸克质量。
• 应用标量-张量引力模型，实现从假真空到辐射主导时期的平稳退出。
• 计算该情景下暴胀期间产生的原初引力波的张量标量比。
• 将预测的张量标量比与未来引力波实验的灵敏度阈值进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 标准模型希格斯势是否能在约10^16 GeV处支持一个亚稳态假真空，使其能够驱动暴胀？
• RQ2 为使该假真空与观测到的暴胀参数一致，顶夸克与希格斯玻色子质量的具体数值应为何值？
• RQ3 假真空暴胀情景是否预测了一个张量标量比可被未来实验探测到的引力波背景？
• RQ4 结合宇宙学观测与顶夸克和希格斯玻色子质量的精确测量，能否作为对假真空暴胀假说的检验？

主要发现

• 为使假真空提供可行的暴胀机制，希格斯玻色子质量必须位于126.0 ± 3.5 GeV范围内。
• 在此质量范围内，该模型预测的张量标量比处于未来引力波实验的灵敏度范围内。
• 该假真空暴胀情景与ATLAS和CMS报告的希格斯玻色子信号强度的观测过剩一致。
• 通过标量-张量引力模型，可实现从暴胀到辐射主导时期的平稳退出。
• 顶夸克与希格斯玻色子质量的精确测量与宇宙学观测之间的相互作用，为假真空暴胀假说提供了新的检验途径。