Solving the Hierarchy Problem at Reheating with a Large Number of Degrees of Freedom

Princeton 고등연구소(IAS)의 Nima Arkani-Hamed 교수를 포함한 연구원들과 함께 입자물리학의 게이지 계층성 문제에 대한 새로운 해법을 제안하였다. 힉스 입자의 질량이 서로 다른 N개의 표준모형들을 도입할 경우 힉스 입자의 질량이 이론이 성립하는 가장 높은 스케일(cutoff)보다 N^(1/2)만큼 낮은 섹터(sector)가 최소한 하나는 존재하게 된다. 이 경우 표준 우주론과는 달리 인플레이션 직후 우주의 에너지가 대부분 이 섹터로 모이게 되고, 나머지 섹터들의 우주론적 효과를 관측해 입자물리 문제의 해법을 검증할 수 있는 가능성을 제시한다. 이 해법이 맞다면 조만간 표준우주론에서 벗어나는 유효 중성미자수나 암흑 복사(dark radiation)를 관측하게 된다. 특별히 만 개의 표준모형들이 있는 경우, 이론이 성립하는 가장 높은 스케일은 플랑크 스케일보다 100배 낮은 대통일이론 스케일 M_{GUT} ~ 10^{16} GeV로 예측되고, 이 경우 초대칭의 깨어짐은 힉스 입자의 질량보다 100배 높은 10 TeV(=10^4 GeV)로 예측되어 지금까지 LHC에서 초대칭 입자를 발견하지 못한 이유를 이해할 수 있다.

*http://journals.aps.org/prl/highlights (12월 15일 게재)

PRL Editor's Suggestion : PRL에 게재되는 논문 가운데 대략 6편 가운데 1편이 선정되어 highlighted articles로 따로 소개되며, 평균적으로 PRL에 게재되는 다른 논문들보다 두 배 이상 인용된다.

게이지 계층성 문제 : 기본 입자의 관점에서 전자기력, 약력, 강력에 비해 중력이 터무니 없이 작은 이유를 이해하려는 문제. 자연스러운 이론에서는 중력도 나머지 힘들과 비슷한 크기의 힘이어야 하지만 표준모형에서는 기본 입자들의 질량이 너무 작아 중력은 아주 미약해지는데, 이에 합당한 이유가 있을 것으로 생각한다.

GeV : 대략 양성자 한 개의 질량에 해당하는 에너지 단위


We present a new solution to the electroweak hierarchy problem. We introduce N copies of the standard model with varying values of the Higgs mass parameter. This generically yields a sector whose weak scale is parametrically removed from the cutoff by a factor of 1/\\sqrt{N}. Ensuring that reheating deposits a majority of the total energy density into this lightest sector requires a modification of the standard cosmological history, providing a powerful probe of the mechanism. Current and near-future experiments can explore much of the natural parameter space. Furthermore, supersymmetric completions that preserve grand unification predict super-partners with mass below m_W*(M_Pl/M_{GUT}) ~ 10 TeV.

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.251801
https://journals.aps.org/prl/highlights