电弱真空稳定性相关研究

论文摘要

随着希格斯（Higgs）粒子的发现,标准模型（Standard Model,SM）最后一块内容已经补齐。然而,诸多实验或者理论上的研究表明,SM并非终极理论,而只是一个低能标下的有效理论,必须引入新物理。例如,对于电弱真空稳定性（Electroweak vacuum stability）的研究表明,如果要求电弱真空直到普朗克能标（MP1）都是稳定的,则必然要引入新物理。电弱真空的稳定性和有效势紧密相关。有效势（effective potential）Veff是相应状态的能量密度（energy density）,其极小值处的场多的值称为场的真空期望值（vacuum expectation value,vev）v。然而,因为各个粒子与Higgs场的耦合常数（couplings）都会随着能标跑动,所以在SM下,4-Higgs自耦合常数（Higgs self quartic coupling）λ会在能标=1010-1011GeV时变为负值。这就意味着有效势在场值很大时有一个整体的极小值,对应着真正的真空（true vacuum）,而电弱真空只是局域的极小值,是一个假真空（false vac得到uum）。Higgs机制告诉我们,各个粒子是通过与Higgs场耦合获得质量的,因此也必然受到真空期望值的影响,如果存在一个能量密度更低的真空,并且条件合适,我们的宇宙就可能通过隧穿（tunnelling）效应向着这个更低的真空态衰变,从而使我们整个宇宙崩溃。目前,粒子物理研究有两个发展方向,一个是提高对撞机能量直接寻找新物理的信号,另一个是增加亮度检验标准模型,实际也是为了寻找新物理。有效理论告诉我们,在低能时,重粒子A的影响是可以忽略的,它们的贡献只存在于圈图积分中,是被1/mh压低的,mh是重粒子质量。只有到高能标时,它们的影响才能显现,通过将它们与Higgs场的耦合常数放入λ的β函数中,重新计算λ随能标的演化,也许就可以令λ直到很高的能标都是正数,从而可以保持电弱真空的稳定性。因此,可以看到,引入某种新粒子来构建新的模型,电弱真空也是需要谨慎考虑的。通过研究电弱真空的稳定性,不仅可以揭示我们的宇宙究竟是处于什么状态,也可以对新物理作出限制。对于真空稳定性的研究一般可以简化为对λ的研究。通过重整化群方程（renormalization group equations,RGEs）可以求出给定能标下的 couplings 在任意能标下的值。Higgs粒子质量（Higgs mass）和顶夸克质量（top mass）对λ的大小变化影响很大,可以将实验上测量的Higgs mass以及top mass通过threshold corrections转化为相应的couplings,然后进行重整化群演化（renormalization group evolution）,观察它们在高能标时的大小。我们采用mr程序包对λ随着能标演化的情况做了研究,并且得到了 SM中不同能标下稳定态、亚稳态、不稳定态所对应的Higgs mass和top mass取值范围。进一步的,我们还画出了相应的λ和Higgs-top Yukawa coupling yt的取值范围。201 8 年 6 月 CMS Collaboration 发表文章,宣布发现“Higgs boson production in association with a top quark-antiquark pair”,并且给出“The combined best fit signal strength”,我们通过一些假设将该信号强度（signal strength）转化为yt取值范围,并显示在相应的相图（phase diagram）上。电弱真空的稳定性要求引入新物理,并且也对新物理作出了一些限制。然而在引入一些新的粒子后,真空不一定必须处于稳定态,亚稳态也是可行的,这一点并没有很多讨论。此外,真空稳定性的研究也可以和电弱相变联系起来,从而研究宇宙早期演化的一些性质。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张晓

导师: 王由凯

关键词: 电弱真空稳定性,重整化群方程,相图,新物理

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 陕西师范大学

分类号: O572.2

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.000574

总页数: 57

文件大小: 2509K

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