量子圈图效应引起的电弱对称性破缺和等效原理破坏

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现代物理学最重要的成就是发现狭义相对论和量子力学的基本原理在很大程度上决定了能标远小于普朗克能标的物理规律。狭义相对论与量子力学决定了基本粒子可以按照其质量与自旋进行分类。实验上,我们已经发现的基本粒子包括自旋为0的希格斯玻色子、自旋为1/2的轻子与夸克、自旋为1的光子、胶子、W和Z规范玻色子、自旋为2的引力子。这些粒子的相互作用可以被粒子物理标准模型和广义相对论精确的描述。  在粒子物理标准模型中,一个非常重要的问题便是电弱规范对称性是如何破缺的。我们提出了一种通过圈图二次贡献(二次发散)诱导的量子电弱对称性破缺机制。我们的工作主要基于以下两条假设:(i)标准模型是由一个定义在特征能标Mc处的紫外理论决定的,希格斯玻色子在这个特征能标处有一个远大于其物理质量125GeV的裸质量;(ii)标准模型中希格斯部分的量子圈图中出现的二次贡献是物理的。我们发现在标准模型中电弱对称性破缺可以通过量子圈图中的二次贡献诱导产生。具体的来说,同无量纲的相互作用常数获得相乘性的重整化修正不同,在上述假设下,跑动的希格斯质量获得了相加性的重整化修正。当滑动能标μ从特征能标Mc处向下跑动时便会经过一个临界能标μ=ΛEM。在这个能标之下,经过相加性重整化修正的跑动的希格斯质量m2H(Mc/μ)便会改变其符号,进而电弱对称性便会发生自发对称性破缺。利用现有的实验数据,我们发现这个对称破缺的能标是∧EW≈750GeV。能标∧EW可以被视为粒子物理标准模型的另一个基本能标。研究这样的对称性破缺机制能够帮助我们加深对规范等级问题与自然性问题的理解。同时,在大型强子对撞机与下一代对撞机上,也有可能会观察到能标∧EW的有关信号。  我们的另一个工作是在有效场论的框架内研究了量子圈图修正对等效原理的破坏。等效原理是广义相对论的一个重要特征。在文献中,对等效原理有多种表述方式,其中弱等效原理可以被表述成:一个粒子在引力场中的运动只取决于它的初始位置与初始速度,同它的内部结构无关。换句话说,引力效应无法区分粒子的内部结构。具体的,我们主要考虑了量子引力中的无质量标量粒子和光子在引力场中的偏折,计算了量子引力圈图效应对偏折角的一圈修正。这部分的量子修正贡献可以被划分成引力子双割线贡献、无质量标量粒子双割线贡献和光子双割线贡献。最近,N.E.J.Bjerrum-Bohr和他的合作者已经计算了引力子双割线贡献。在他们的计算中,他们利用了几个现代散射振幅计算的技巧来简化计算,诸如引力子树图散射振幅的double-copy构造方法和一圈图的在壳幺正性方法。在我们的工作中,我们利用传统的费曼图方法对前述的三种贡献都做了计算。对引力子双割线贡献的计算结果和之前的文献是一致的,可以被视为对他们结果的一个检验。我们的计算表明,无质量标量粒子双割线贡献和光子对偏折角有非零的贡献。在此基础上,我们进而研究了量子效应对等效原理的修正,发现量子修正确实破坏了等效原理。
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