Теорії техніколору є моделями фізики за межами Стандартної моделі, що пояснюють порушення електрослабкої калібрувальної симетрії, механізм, за допомогою якого W і Z бозони набувають маси. Ранні теорії техніколору були змодельовані на квантовій хромодинаміці (КХД), на «колірній» теорії сильної ядерної сили, що надихнуло на таку їхню назву.
Замість введення елементарних бозонів Хіггса для пояснення явища, моделі техноколору приховують електрослабку симетрію і створюють маси для W- і Z-бозонів через динаміку нових калібрувальних взаємодій. Хоча ці взаємодії асимптотично вільні при дуже високих енергіях, ці взаємодії повинні стати сильними і обмеженими конфайнментом (і, отже, неспостережуваними) при більш низьких енергіях, які були експериментально випробувані. Цей динамічний підхід натуральний і дозволяє уникнути проблем квантової тривіальності і проблеми ієрархії стандартної моделі.For a recent introductions to and reviews of technicolor, see:
Для того, щоб надати маси кварку і лептону, техніколор повинен бути «розширений» за допомогою додаткових калібрувальних взаємодій. Зокрема, при моделюванні на КХД, розширений техніколор ускладнюється експериментальними обмеженнями на і . Не відомо, якою може бути динаміка розширеного техніколору.
Багато досліджень техніколору фокусується на вивченні відмінних від КХД сильно взаємодіючих калібрувальних теорій, для того, щоб уникнути деяких з цих проблем. Особливо активною структурою є «блукаючий» техніколор, який демонструє майже конформну поведінку, викликану з силою трохи більшою, що необхідна для спонтанного порушення хіральної симетрії. Чи можливе блукання і чи призводить воно до узгодження з точними вимірюваннями в електрослабкій взаємодії вивчається за допомогою ґраткових симуляцій.
Очікується, що експерименти в Великому адронному колайдері відкриють механізм, відповідальний за порушення електрослабкої симетрії, і буде мати вирішальне значення для визначення того, чи забезпечує структура техніколору правильний опис природи. У 2012 році ці експерименти оголосили про відкриття Хіггс-подібного бозона з масою близько ; така частинка не передбачається в загальному моделями техніколору, однак може бути пояснена ними.
Введення Механізм для порушення електрослабкої калібрувальної симетрії в стандартній моделі елементарних частинок залишається невідомим. Порушення повинне бути спонтанним, а це означає, що основоположна теорія має точну симетрію (рівняння руху містять безмасові поля калібрувальних бозонів), а розв'язки (основний стан і збуджені стани) ні. Зокрема, фізичні W і Z калібрувальні бозони стають масивними. Це явище, в якому W і Z бозони також набувають додаткового стану поляризації, називається «механізмом Хіггса». Незважаючи на точне узгодження електрослабкої теорії з експериментами в області енергій, доступними досі, необхідні інгредієнти для порушення симетрії залишаються прихованими, поки не будуть виявлені при більш високих енергіях.
Найпростіший механізм порушення електрослабкої симетрії вводить єдине комплексне поле і передбачає існування бозона Хіггса. Як правило, бозон Хіггса «неприродний» в тому сенсі, що квантові флуктуації здійснюють поправки до його маси, що збільшують її до настільки високих значень, що він не спроможний грати ту роль для якої він був запроваджений. Якщо стандартна модель не порушується при енергіях, менших за декілька ТеВ, маса бозона Хіггса може залишатися невеликою тільки за допомогою параметрів.
Техніколор усуває цю проблему висуваючи гіпотезу про нову калібрувальну взаємодію, прив'язану до нових безмасових ферміонів. Ця взаємодія асимптотично вільна при дуже високих енергіях і стає сильною і обмеженою, коли енергія зменшується до електрослабкого масштабу 246 ҐеВ. Ці потужні сили спонтанно порушують хіральні симетрії безмасових ферміонів, деякі з яких слабо калібровані як частина стандартної моделі. Це динамічна версія механізму Хіггса. Електрослабка калібрувальна симетрія, таким чином, порушується, створюючи маси для W і Z бозонів.
Нова сильна взаємодія передбачає існування цілого ряду нових складених, короткоживучих частинок при енергіях, доступних на Великий адронний колайдер (ВАК). Ця структура є природною, оскільки немає ніяких елементарних бозонів Хіггса і, отже, немає точного налагодження параметрів. Маси кварків і лептонів також порушують електрослабкі калібрувальні симетрії, тож вони теж повинні виникати спонтанно. Механізм включення цієї функції відомий як розширений техніколор. Техніколор і розширений техніколор стикаються з цілою низкою феноменологічних проблем, зокрема, питання , , і маси t-кварка. Моделі техніколору також не передбачають у загальному Хіггс-подібних бозонів, таких легких, як; така частинка була виявлена в експериментах на Великому адронному колайдері в 2012 році. Деякі з цих проблем можуть бути вирішені за допомогою класу теорій, відомих як блукаючий техніколор.
Ранній техніколор Техніколор це ім'я, дане теорії порушення електрослабкої симетрії новими сильними калібрувальними взаємодіями, енергетичний масштаб характеристики яких ΛTC сам по собі становить слабку шкалу, ΛTC ≅ FEW ≡ 246 ҐеВ. Основоположним принципом техніколору є «природність»: основні фізичні явища не повинні вимагати тонкого налаштування параметрів в функції Лагранжа, що їх описує. Що являє собою тонке налаштування деякою мірою носить суб'єктивний характер, але теорія елементарних скалярних частинок зазвичай дуже тонко настроєна (хіба що це суперсиметрія). Квадратична розбіжність в масі скаляру вимагає коригування в частині , де Mbare — поріг теорії, енергетичний масштаб, при якому теорія змінюється в якийсь істотний спосіб. У стандартній електрослабкій моделі з Mbare ∼ 1015 ҐеВ (масштаб великого об'єднання мас), а також з масою бозона Хіггса Mphysical = 100—500 ҐеВ, маса налаштована на щонайменше частину 1025.
На противагу цьому, природна теорія порушення електрослабкої симетрії є асимптотично вільною каліброваною теорією з ферміонами як єдиними полями матерії. Часто вважається, що калібрувальна група техніколору GTC є SU(NTC). На основі аналогії з квантовою хромодинаміки (КХД), передбачається, що існує один або декілька дублетів безмасових діракових «техніферміонів», що перетворюються векторіально у тому ж з GTC, TiL, R = (Ui,Di)L, R, i = 1,2, …, Nf/2. Таким чином, існує хіральна симетрія цих ферміонів, наприклад, SU(Nf)L ⊗ SU(Nf)R, якщо всі вони перетворюються згідно з тим же комплексним поданням GTC. Продовжуючи аналогію з КХД, біжучий калібрувальний зв'язок αTC(μ) викликає спонтанне порушення хіральної симетрії, техніферміони набувають динамічну масу, і число безмасових бозонів Ґолдстоуна в результаті. Якщо техніферміони перетворюються під [SU(2) ⊗ U(1)]EW як лівосторонні дублети і правосторонні синглети, три лінійні комбінації цих поєднань бозонів Ґолдстоуна до трьох електрослабких калібрувальних струмів.
У 1973 році Джаківа і Джонсон і Корнвол і Нортон вивчали можливість того, що (невекторна) калібрувальна взаємодія ферміонів може привести до порушення самої себе; тобто досить сильна, щоб сформувати ґолдстоуновський бозон, з'єднаний з калібрувальним струмом. Використовуючи абелеві калібрувальні моделі, вони показали, що, якщо такий ґолдстоунівський бозон утворюється, він «поглинається» механізмом Хіггса, ставши поздовжньої складовою масивного тепер калібрувального бозона. Технічно, функція поляризації Π(p2), що з'являється в розмножувачі калібрувальних бозонів, Δμν = (pμ pν/p2 — gμν)/[p2(1 — g2 Π(p2))] розвиває полюс p2 = 0 із залишком F2, квадратом константи розпаду бозона Ґолдстоуна, а калібрувальний бозон набуває масу M ≅ g F. У 1973 році Вайнштайн показали, що складені бозони, чиї складові ферміони перетворюються в «стандартний» спосіб SU(2) ⊗ U(1) породжують маси слабких бозонів
Це стандартномодельне співвідношення досягається за допомогою елементарних бозонів Хіггса в електрослабких дублетах; експериментально перевірено краще, ніж на 1 %. Тут,g і g′ — SU(2) і U(1) калібрувальні зв'язки та tanθW = g′/g визначає кут слабкого змішування.
Важлива ідея нової сильної калібрувальної взаємодії безмасових ферміонів в електрослабкій шкалі FEW, що спричинює спонтанне порушення глобальної хіральної симетрії, з якої SU(2) ⊗ U(1) підгрупа слабо калібрована, була вперше запропонована в 1979 році С. Вайнберґом і Л. Саскіндом. Цей механізм «техніколору» природний у тому плані, що жодного параметрів не потрібно.
Розширений техніколор Елементарні бозони Хіггса виконують ще одну важливу задачу. В стандартній моделі, кварки і лептони обов'язково безмасові, тому що вони перетворюються при SU(2) ⊗ U(1) як лівосторонні дублети і правосторонні синглети. Дублет Хіггса поєднується з цими ферміонами. Коли він розвиває вакуумне середнє значення, він передає це електрослабке порушення до кварків і лептонів, даючи їм свої спостережувані маси. (Загалом, електрослабкі власні стани ферміонів не є масовими власними станами, тому цей процес також викликає матриці змішування, які спостерігаються в зарядженого струму слабких взаємодій.)
У техніколорі, щось ще має генерувати маси кварків і лептонів. Єдина природна можливість, для уникнення введення елементарних скалярів, це збільшити GTC, щоб дозволити техніферміонам з'єднуватися у кварки і лептони. Цей зв'язок індукується калібрувальними бозонами розширеної групи. Картина, тоді, виглядає такою, що є велика калібрувальна група «розширеного техніколору» (ВТК) GETC ⊃ GTC, в якій техніферміони, кварки, і лептони живуть у тому ж . В одному або більше високих масштабах ΛETC, GETC розщеплюється на GTC, і кварки і лептони з'являються як ТК-синглетні ферміони. Коли αTC(μ) стає сильною в масштабі ΛTC ≅ FEW, утворюється ферміонний конденсат . (Конденсат є вакуумне очікування від техніферміонної білінійної форми . Оцінка тут базується на наївному розмірному аналізі кваркового конденсату в КХД, що, як очікується, буде коректною принаймні на порядок) Тоді переходи можуть протікати через техніферміонні динамічні маси через випускання і повторного поглинання РТК-бозонів, маси яких METC ≅ gETC ΛETC набагато більші за ΛTC. Кварки і лептони набувають мас наближено заданих
Тут є техніферміонний конденсат перенормований в масовому масштабі бозона РТК,
де γm(μ) — техніферміонної білінійної форми в масштабі мкм. Друга оцінка в рівнянні (2) залежить від припущення, що, як відбувається в КХД, αTC(μ) стає слабкою, не набагато вище ΛTC, так що аномальна розмірність γm of там мала. Розширений техніколор був введений в 1979 році Дімопулосом і Саскіндом, і Айхтеном і Лейном. Для кварка з масою mq ≅ 1 ҐеВ, і з ΛTC ≅ 246 ҐеВ, оцінюють ΛETC ≅ 15 ТеВ. Таким чином, якщо припустити, що , METC буде, принаймні, настільки великою.
На додаток до пропозиції РТК для мас кварків і лептонів, Айхтен і Лейн зауважили, що розмір представлень РТК, необхідних для генерації всіх мас кварків і лептонів дозволяє припустити, що там буде більше, ніж один електрослабкий дублет техніферміонів. Якщо так, то буде більше (спонтанно порушених) хіральних симетрій і, отже, більше бозонів Ґолдстоуна, ніж використаних механізмом Хіггса. Вони повинні набути масу в силу того факту, що додаткові хіральні симетрій також явно розриваються, через взаємодії стандартної моделі і взаємодії РТК. Ці «псевдоґолдстоунівські бозони» називаються техніпіонами, πT. Застосування теореми Дашена дає таку оцінку для внеску РТК в їхню масу
Друге наближення в рівнянні. (4) передбачає, що . Для FEW ≅ ΛTC ≅ 246 ҐеВ іΛETC ≅ 15 ТеВ, цей внесок у MπT приблизно дорівнює 50 ҐеВ. Оскільки взаємодії РТК створюють і поєднання техніпіонів у кварколептонні пари, можна очікувати, що спарювання будуть Хіггсівського типу; тобто приблизно пропорційні масам кварків і лептонів. Це означає, що очікується, що техніпіони розпадаються на найважчі дозволені пари і .