[论文解读] The "Crisis in Fundamental Physics" - Will the LHC Pomeron End it?

Alan R. White|ArXiv.org|Mar 7, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 6

一句话总结

本文提出，SU(5)规范理论中，若左手中性费米子处于 5⊕15⊕40⊕45* 表示（QUD），则其可生成包含临界 Pomeron 的幺正 S-矩阵，无需希格斯玻色子即可动态产生所有标准模型粒子及其质量。该理论预测大型强子对撞机（LHC）中将出现显著的截面效应——尤其在双 Pomeron 机制产生 W/Z 玻色子及暗物质态方面——为该理论新颖的反常驱动动力学提供了决定性实验检验。

ABSTRACT

SU(5) gauge theory with massless left-handed fermions in the representation 5+15+40+45* (QUD) may have a bound-state S-Matrix that, uniquely, contains the asymptotically unitary Critical Pomeron and which might also reproduce the full Standard Model. If so, QUD would provide an underlying unification for the Standard Model in which very similar massless fermion anomaly dynamics is responsible for the physics of the strong and electroweak interactions and all particle masses are generated dynamically. The color sextet quark sector, responsible for both electroweak symmetry-breaking and dark matter in QUD, is predicted to produce large cross-section effects at the LHC, with the pomeron as a vital diagnostic - via TOTEM/CMS and FP420. In this talk, the multi-regge construction of high-energy QUD amplitudes is outlined as is, briefly, the LHC pomeron physics. Surrounding motivational issues (particularly outstanding QCD problems) and consequences are also discussed. The S-Matrix anomaly physics is conceptually and philosophically radical with respect to the current theory paradigm. As a consequence, QUD could provide a welcome way out of the current ``Crisis in Fundamental Physics'' with, potentially, it's novel physical applicability resolving a variety of Standard Model and, perhaps also, cosmology problems - it has zero vacuum energy.

研究动机与目标

• 通过提出一种基于反常驱动的幺正 S-矩阵框架，解决‘基础物理危机’，统一强相互作用与电弱相互作用。
• 证明在 QUD 的束缚态 S-矩阵中，临界 Pomeron 唯一满足高能幺正性约束。
• 通过色六重态夸克扇区提供电弱对称性自发破缺与暗物质的动力学机制。
• 将 LHC——特别是 TOTEM/CMS 与 FP420 实验——确立为检验 QUD 的关键实验平台，通过显著的截面效应进行验证。
• 论证 QUD 中无希格斯玻色子且真空能量为零，或可解决宇宙学与标准模型中的若干谜题。

提出的方法

• 利用多 Regge 运动学构建高能振幅，以模拟 QUD 的 S-矩阵行为。
• 应用 t-通道与 s-通道幺正性约束，识别临界 Pomeron 为 QUD 中唯一满足幺正性的解。
• 利用无质量费米子反常动力学，通过反常的极小胶子实现微扰 Reggeon 的色补偿。
• 建立涉及 W/Z 玻色子与六重态 π 粒子的双 Pomeron 产生振幅，表明其截面与标准 QCD 胶球喷注相当。
• 预测 P̃W⁺W⁻P̃ 与 P̃Z⁰Z⁰P̃ 顶点随横动量变化缓慢，而 ppP̃ 顶点则表现出强烈的 k⊥ 依赖性。
• 利用罗马电位器标记的质子探测技术，分离出具有大 Eₜ 与缺失能量的清晰高质心能事件，以标志六重态扇区的物理现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有特定费米子表示的 SU(5) 规范理论的束缚态 S-矩阵中，临界 Pomeron 是否能作为唯一满足幺正性的解？
• RQ2 QUD 中无希格斯玻色子是否可导致所有标准模型粒子的质量生成机制保持一致且动态实现？
• RQ3 QUD 中的色六重态夸克扇区是否可同时通过 LHC 中的显著截面过程解释电弱对称性自发破缺与暗物质？
• RQ4 在 TOTEM/CMS 与 FP420 实验中，双 Pomeron 机制产生 W/Z 玻色子是否可观测？其能否作为六重态扇区的决定性诊断工具？
• RQ5 LHC 是否可通过缺失能量、大 Eₜ 及中央探测器中无带电粒子的特征探测到六重态扇区的信号？

主要发现

• 临界 Pomeron 在 QUD 的 S-矩阵中唯一满足 t-通道与 s-通道多粒子幺正性约束，表明其可能是该理论唯一可行的非微扰 S-矩阵。
• 由于除反常圈外，双 Pomeron 产生 W⁺W⁻ 与 Z⁰Z⁰ 的截面与标准 QCD 胶球喷注相当，预测其截面大小相近。
• W 与 Z 玻色子的纵向分量被预测可通过六重态扇区直接参与强相互作用，此现象仅在六重态动力学真实存在时才可能实现。
• 预计 mₙ₆ ~ 500 GeV 的 N₆N̄₆ 对产生截面显著，可通过标记质子与缺失能量在前向探测器中探测到。
• 具有标记质子、大 Eₜ 且中央探测器中无带电粒子的事件——尤其是包含多个高能轻子的事件——或可为六重态扇区提供壮观的实验证据。
• 若在 LHC 中未观测到此类信号，则将排除 QUD 框架，或表明其与现实无关，从而使这些实验成为该理论的决定性检验。