理論物理所電弱對稱破缺研究獲進展

　　如何自然地實現電弱對稱性破缺是當今粒子物理學的一個深刻而艱巨的問題。希格斯粒子的發現表明電弱對稱性是通過希格斯標量場的非零真空期望值來破缺的，是理解電弱對稱性的一個里程碑。然而，基本希格斯粒子對紫外能標（普朗克能標）非常敏感，導致電弱破缺能標不能自然穩定在246 GeV。為了屏蔽希格斯粒子對紫外能標的敏感性，需要引入新物理和新的對稱性。在這些新物理模型中，用于消除標準模型粒子（規范玻色子以及頂夸克）對希格斯場的圈圖修正的紫外發散項的這些新物理伴子都參與標準模型的相互作用，尤其是頂夸克的伴子參與色動力學相互作用，這使得大型強子對撞機的直接探測對這些伴子的質量給出很高的下限。由于希格斯的質量對頂夸克伴子的質量非常敏感，125 GeV的希格斯要求頂夸克的伴子必須很輕，這使得模型在符合實驗限制下很難獲得很輕的希格斯粒子，導致模型需要很大的精細調節。

　　中性自然性機制是解決以上問題的一個很有前景的方案。在這個機制中，希格斯場的二次發散被不參與標準模型相互作用的中性伴子的圈圖修正消除，使得希格斯粒子的質量只對這些中性伴子的質量敏感。而實驗對這些中性伴子的質量的限制非常弱，這使得中性自然性模型可以非常容易產生很輕的希格斯粒子以及很重的帶色的頂夸克伴子，并且精細調節非常小。

　　然而，目前并沒有普適的原理和對稱性來實現中性自然性機制，并且中性自然性模型并沒有一個真正意義上的紫外完備理論。為了解決這些問題，中國科學院理論物理研究所研究員舒菁及其合作者發現了一種非常普適的理論來實現這種機制。該研究成果已發表于《物理評論快報》（Phys.Rev.Lett. 121 (2018) no.23, 231801）。該工作表明在贗的Nambu-Goldstone希格斯模型中，三角宇稱是實現中性自然性的關鍵，并且這個宇稱是任何對稱的陪集空間的內稟宇稱。他們進一步發現，如果這些粒子和希格斯粒子的相互作用具有這個宇稱對稱性，那么中性自然性就可以自動實現。

　　在這個原理下，此工作的研究者進一步構建出最小中性自然性模型并且首次構建出了中性自然性模型的紫外完備理論。在這個紫外完備模型中，希格斯場的勢能的紫外發散可以自動消除而不需要引入其他機制；并且在符合實驗觀測的條件下，這種模型需要最小的精細調節就可以產生很輕的希格斯。

　　該工作普適揭示了中性自然性的實現原理，對于解決希格斯粒子的自然性問題以及理解電弱對稱性破缺具有非常重要的意義。

　　論文合作者包括理論物理所博士后馬騰以及美國康奈爾大學教授Csaba Csaki。該研究得到中科院戰略優先研究計劃以及2016國家博新計劃資助。