Стандартная модель требует некоторого механизма нарушения электрослабой симметрии, но не указывает, как именно этот механизм работает. В связи с этим теоретики сейчас пробуют самые разнообразные варианты устройства хиггсовского сектора теории. Все эти варианты можно условно назвать «неминимальными» хиггсовскими моделями — в противовес той минимальной конструкции, которая обычно рассматривается в Стандартной модели. Здесь кратко описаны некоторые из этих моделей.
Двух- и многодублетные хиггсовские модели
В Стандартной модели считается, что хиггсовские поля изменяются при электрослабых преобразованиях строго определенным образом — они образуют один электрослабый дублет. Можно безболезненно расширить Стандартную модель, рассмотрев не один, а два дублета хиггсовских полей. В этом случае после нарушения электрослабой симметрии возникает не один, а пять физических хиггсовских бозонов — три электрически нейтральных (обычно их обозначают H, h, A) и пара заряженных (H+ и H–).
В такой двухдублетной хиггсовской модели (2HDM) есть много новых параметров, которые заранее неизвестны, и потому можно рассматривать разные их значения. В простейших вариантах три нейтральных бозона имеют определенную CP-четность — h (легкий скаляр, CP = +1), H (тяжелый скаляр, CP = +1), A (псевдоскаляр, CP = –1), но есть целый класс двухдублетных моделей, где скаляры и псевдоскаляры смешиваются. В этом варианте хиггсовский сектор является источником CP-нарушения и может быть отчасти ответствен за наблюдаемое CP-нарушение в нейтральных мезонах.
Существуют варианты двухдублетной модели (например, инертная двухдублетная модель), в которых ненулевое вакуумное среднее приобретает только один из двух дублетов. В этом случае хиггсовский бозон, возникающий из второго дублета, оказывается массивным, но не может распасться ни на какие частицы. Такой бозон может быть кандидатом в частицы темной материи.
Два хиггсовских дублета возникают и в минимальном суперсимметричном расширении Стандартной модели (MSSM, minimal supersymmetric Standard Model).
Рассматриваются также и многодублетные хиггсовские модели. Количество физических хиггсовских бозонов в таких теориях возрастает, и имеет смысл их рассматривать только в том случае, если они позволяют «естественным способом» решить какую-то проблему. Например, в так называемой модели приватного Хиггса вводится по одному дублету хиггсовских полей для каждого фермиона, и при этом удается устранить проблему иерархий для масс фермионов.
Недублетные хиггсовские поля
Даже если имеется множество хиггсовских полей, то, как показывают экспериментальные данные, «главное» из них должно быть электрослабым дублетом. Однако дополнительные поля могут преобразовываться иным образом под действием электрослабой группы — они могут быть синглетами, триплетами и т. д. Поэтому рассматриваются также модели, где в дополнение к дублету (или дублетам) вводятся и других хиггсовские бозоны.
Эти теории имеют свои особенности. Например, в теории с триплетными хиггсовскими полями возникают хиггсовские бозоны с электрическим зарядом 2 (H++ и H—). Определенный вариант теории «два дублета + один синглет» используется в одной из разновидностей суперсимметричных теорий — NMSSM (next-to-minimal supersymmetric Standard Model).
Модели «малого Хиггса» (Little Higgs models)
В моделях «малого Хиггса» хиггсовский бозон — составная частица, а фундаментальными являются некие новые частицы, имеющие массы в районе 10 ТэВ или выше. Построены эти модели в духе моделей из низкоэнергетической адронной физики, в которых частицы, ответственные за взаимодействие нуклонов (пи-мезоны), заметно легче, чем характерный энергетический масштаб теории.
Сильная сторона моделей малого Хиггса в том, что они естественным образом устраняют так называемый «LEP-парадокс». Он состоит в том, что, с одной стороны, косвенные данные указывают на то, что новые частицы начнут появляться на энергетическом масштабе в сотни ГэВ, но с другой стороны, эти частицы до сих пор поразительным образом прятались от наблюдения при чуть меньших энергиях (в частности, на электрон-позитронном коллайдере LEP с суммарной энергией 200 ГэВ). В модели малого Хиггса энергетический масштаб новых явлений сам собой смещается в область десятков ТэВ, что устраняет проблему.
Дополнительная литература:
- К. Грожан. Новые подходы к механизмам нарушения электрослабой симметрии // УФН, 177, 3 (2007).
- Подробный обзор различных неминимальных хиггсовских моделей см. в 542-страничном отчете «CP studies and non-standard Higgs physics» (2006); полный текст в одном файле (е-принт hep-ph/0608079), а также разбитый на главы.