[论文解读] Two-loop renormalization group profile of the standard model and a new generation

Yu. F. Pirogov, O. V. Zenin|ArXiv.org|Aug 25, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 5

一句话总结

本文对标准模型（SM）及其包含额外手征代的扩展模型进行了两圈跑动方程分析，计算了从电弱真空稳定性到微扰幺正性、直至普朗克尺度的希格斯玻色子质量约束。研究发现，在顶夸克质量不确定度下，希格斯质量的理论允许范围为161.3±20.6 GeV（理论走廊），并表明单个第四代手征代被精确测量约束排除，尽管可能存在一个矢量型对。

ABSTRACT

The two-loop renormalization group global profile of the Standard Model (SM) in its full parameter space is investigated. Restrictions on the Higgs boson mass as a function of a cutoff scale are obtained from the stability of the electroweak vacuum and from the perturbative validity both in the Higgs and Yukawa sectors. The cutoff equal to the Planck scale requires the Higgs mass to be M=(161.3+-20.6)+4-10 GeV and M>=140.7+-10 GeV, where the M corridor is the theoretical one and the errors are due to the top mass uncertainty. Modification of the two-loop global profile of the SM extended by one new chiral generation is studied, and bounds on the masses of the generation are derived. Under the precision experiment restriction M<=200 GeV, the forth chiral generation, taken alone, is excluded. Nevertheless a pair of the chiral generations constituing the vector-like one could exist.

研究动机与目标

• 计算标准模型在完整参数空间中的两圈跑动方程演化。
• 从电弱真空稳定性和希格斯与 Yukawa 作用区的微扰有效性出发，推导希格斯玻色子质量的约束条件。
• 将分析扩展至包含额外手征代的模型，并评估其现象学可行性。
• 确定在精确测量约束和普朗克尺度截断下，第四手征代是否能够存在。

提出的方法

• 对完整标准模型参数空间数值求解两圈跑动方程（RGEs）。
• 分析包含所有 SM 耦合常数：规范、Yukawa 和希格斯自耦合，并包含完整的两圈修正。
• 通过要求在高能标下希格斯势保持从下方有界来强制实现真空稳定性。
• 通过要求耦合常数在普朗克尺度之前保持微扰来施加微扰幺正性。
• 通过增加一个手征代扩展模型，并重新计算包含额外费米子和 Yukawa 耦合的 RGEs。
• 将实验精确测量数据（M ≤ 200 GeV）施加于新代的质量上。

实验结果

研究问题

• RQ1 在两圈标准模型中，满足真空稳定性和微扰幺正性直至普朗克尺度的希格斯玻色子质量允许范围是什么？
• RQ2 两圈修正如何影响 SM 参数的跑动方程演化？
• RQ3 在不违反微扰或稳定性约束的前提下，第四手征代能否存在？
• RQ4 在精确测量约束和普朗克尺度截断下，新手征代的质量界限是什么？

主要发现

• 在普朗克尺度下，希格斯玻色子质量被约束为 M = (161.3 ± 20.6) +4−10 GeV，不确定性来源于顶夸克质量。
• 从真空稳定性和微扰性出发，推导出下限 M ≥ 140.7 ± 10 GeV。
• 单个第四手征代被精确测量约束排除，要求 M ≤ 200 GeV。
• 一对形成矢量型多重态的手征代仍可在模型中保持可行。
• 两圈 RGE 轨迹显示，与一环近似相比，希格斯质量窗口受到显著修正。
• 分析表明，微扰幺正性和真空稳定性共同将希格斯质量约束在狭窄的走廊内。