2020年理论物理所重要科研进展系列（八）：粒子物理理论新的对称性研究

来源：中国科学院理论物理研究所

进展简介

在粒子物理标准模型中，希格斯粒子是唯一自旋为0的标量粒子，它解释了各种基本粒子的质量起源，因此十分重要，也被称为“上帝粒子”。希格斯粒子的质量项存在量子辐射修正，并极其依赖于极高能新物理能标，因此希格斯粒子势能存在极端精细调节的问题，也叫做规范等级问题。规范等级问题也是提出基于希格斯粒子新的对称性的目的，当前新对称性主要有超对称、额外维度、小希格斯集体对称性等。

理论物理所研究员舒菁和副研究员于江浩、博士后马腾及其合作者提出了一种衍生(emergence of)最大对称性的方法，发现这一对称性并不需要手动放入理论中，而是在理论的构造中能够在低能下自然出现。这一对称性可以应用于复合希格斯、额外维度模型等。在复合希格斯模型框架下，在整体对称性的自发破缺G/H后，如果理论在边界（高能标）上有最大对称性，那么这种最大对称性可以通过特殊的形式保留到低能有效理论里面，从而使得在Higgs势能电弱能标下有最大对称性。这可以完美的应用到标准模型的复合扩展，并由于费米子的安排（见图中两种具体的实现方式）使得对称性增强，从而产生希格斯粒子低能衍生的最大对称性。同时这一对称性也可以扩展到N-site晶格结构，或者通过AdS/CFT框架在额外维度下自然实现。

这一研究发表在最新的Phys.Rev.Lett. 124 (2020) 24, 241801上。这种在理论中自然突现的对称性可以解决希格斯的规范等级问题，预言辐射修正下有限稳定的希格斯的势能，同时减小理论的精细调节的程度。这一类自然突现的对称性也可能扩展到其他的物理情形，甚至于低维凝聚态体系。

本研究得到了国家自然科学基金委重大项目，面上项目，中国-以色列国际合作项目，彭桓武理论物理创新研究中心，以及中科院战略先导专项B的支持。