Введение
Гипотетическая композитная модель Хиггса
В физике частиц теория конденсата верхнего кварка (или топ-конденсация) является альтернативой фундаментальному полю Хиггса в Стандартной модели, где бозон Хиггса представляет собой композитное поле, состоящее из верхнего кварка и его антикварка. Пары верхнего кварка и антикварка связаны новой силой, называемой топколор, аналогично связыванию куперовских пар в сверхпроводнике БКШ или мезонов в сильных взаимодействиях. Верхний кварк очень тяжелый, с измеренной массой около 174 ГэВ (сопоставимой с электрослабой шкалой), и поэтому его взаимодействие Юкавы порядка единицы, что указывает на возможность сильной динамики взаимодействия в масштабах высоких энергий. Эта модель пытается объяснить, как электрослабая шкала может быть сопоставима с массой верхнего кварка.
In particle physics, the top quark condensate theory (or top condensation) is an alternative to the Standard Model fundamental Higgs field, where the Higgs boson is a composite field, composed of the top quark and its antiquark. The top quark antiquark pairs are bound together by a new force called topcolor, analogous to the binding of Cooper pairs in a BCS superconductor, or mesons in the strong interactions. The top quark is very heavy, with a measured mass of approximately 174 GeV (comparable to the electroweak scale), and so its Yukawa coupling is of order unity, suggesting the possibility of strong coupling dynamics at high energy scales. This model attempts to explain how the electroweak scale may match the top quark mass.
История
Идея была описана Йоичиро Намбу, а затем развита Мирански, Танабаси и Ямаваки (1989) и Уильямом А. Бардином, Кристофером Т. Хиллом и Манфредом Линднером (1990), которые связали теорию с группой перенормировки и улучшили её предсказания. Группа перенормировки показывает, что конденсация верхнего кварка фундаментально основана на ‘инфракрасной фиксированной точке’ для связи верхнего кварка с бозоном Хиггса Юкавы, предложенной Пендлтоном и Россом (1981) и Хиллом. Изначально ‘инфракрасная’ фиксированная точка предсказывала, что верхний кварк будет тяжелым, что противоречило преобладающему мнению начала 1980-х годов. Действительно, верхний кварк был обнаружен в 1995 году при большой массе 174 ГэВ. Инфракрасная фиксированная точка подразумевает, что он сильно взаимодействует с бозоном Хиггса при очень высоких энергиях, что соответствует полюсу Ландау связи Юкавы Хиггса. При этой высокой энергии формируется связанное состояние Хиггса, а в ‘инфракрасной’ области связь расслабляется до измеренного значения порядка единицы посредством группы перенормировки. Прогноз группы перенормировки Стандартной модели для фиксированной точки составляет около 220 ГэВ, а наблюдаемая масса верхнего кварка примерно на 20% ниже этого предсказания. Самые простые модели конденсации верхнего кварка теперь исключены открытием бозона Хиггса на LHC при массовом масштабе 125 ГэВ. Однако расширенные версии теории, вводящие больше частиц, могут быть согласованы с наблюдаемыми массами верхнего кварка и бозона Хиггса.
The ‘infrared’ fixed point originally predicted that the top quark would be heavy, contrary to the prevailing view of the early 1980s. Indeed, the top quark was discovered in 1995 at the large mass of 174 GeV. The infrared fixed point implies that it is strongly coupled to the Higgs boson at very high energies, corresponding to the Landau pole of the Higgs Yukawa coupling. At this high scale a bound state Higgs forms, and in the ‘infrared’, the coupling relaxes to its measured value of order unity by the renormalization group. The Standard Model renormalization group fixed point prediction
is about 220 GeV, and the observed top mass is roughly 20% lower than this prediction. The simplest top condensation models are now ruled out by the LHC discovery of the Higgs boson at a mass scale of 125 GeV. However, extended versions of the theory, introducing more particles, can be consistent with the observed top quark and Higgs boson masses.
Будущее
Составной бозон Хиггса естественно возникает в моделях Topcolor, являющихся расширениями Стандартной модели с использованием новой силы, аналогичной квантовой хромодинамике. Для обеспечения естественности, без избыточной тонкой настройки (то есть для стабилизации массы Хиггса от значительных радиационных поправок), теория требует наличия новой физики на относительно низком энергетическом масштабе. Например, размещение новой физики на уровне 10 ТэВ приводит к предсказанию значительно большей массы верхнего кварка, чем наблюдается экспериментально (около 600 ГэВ против 171 ГэВ). Модели Top Seesaw, также основанные на Topcolor, позволяют обойти эту проблему. Прогнозируемая масса верхнего кварка лучше согласуется с теоретическими расчетами при наличии множества дополнительных скалярных частиц Хиггса, выходящих за рамки Стандартной модели. Это может свидетельствовать о богатой спектроскопии новых композитных полей Хиггса в диапазонах энергий, доступных для изучения на Большом адронном коллайдере и его будущих модернизациях. Общая идея композитного бозона Хиггса, фундаментально связанного с верхним кварком, остается привлекательной, хотя все детали пока еще не выяснены.