トップクォーク凝縮

素粒子物理学において、トップクォーク凝縮理論（またはトップ凝縮）は、標準モデルの基本ヒッグス場の代替であり、ヒッグス粒子はトップクォークと反クォークからなる複合場である。トップクォークと反クォークの対は、 BCS超伝導体におけるクーパー対、または強い相互作用における中間子の結合に類似した、トップカラーと呼ばれる新しい力によって結合している。トップクォークは非常に重く、測定された質量は約174  GeV （電弱スケールに匹敵）であるため、その湯川結合は1のオーダーであり、高エネルギースケールで強い結合ダイナミクスの可能性を示唆している。このモデルは、電弱スケールがトップクォークの質量と一致する仕組みを説明しようとするものである。

このアイデアは南部陽一郎^[要出典]によって記述され、その後ミランスキー、棚橋、山脇(1989) ^{[1] [2]}とウィリアム・A・バーディーン、クリストファー・T・ヒル、マンフレッド・リンドナー(1990) ^[3]によって発展され、理論を繰り込み群に結び付けて予測を改善した。

繰り込み群は、トップクォーク凝縮が基本的に、ペンドルトンとロス (1981) ^[4]およびヒル^{[5]によって提案されたトップクォークのヒッグス-湯川結合の}赤外線固定点に基づいていることを明らかにしている。 「赤外線」固定点は、1980 年代初頭の一般的な見解に反して、トップクォークが重いことを当初予測した。実際、トップクォークは1995 年に 174 GeV という大きな質量で発見された。赤外線固定点は、ヒッグス-湯川結合のランダウ極に対応する非常に高いエネルギーでヒッグス粒子と強く結合していることを意味している。この高いスケールで束縛状態のヒッグスが形成され、「赤外線」では、繰り込み群によって結合は測定値の秩序 1 まで緩和される。標準モデルの再正規化グループの固定点予測は約 220 GeV で、観測されたトップ質量はこの予測より約 20% 低い。最も単純なトップ凝縮モデルは、質量スケール 125 GeV のヒッグス粒子のLHCによる発見によって現在では排除されている。しかし、より多くの粒子を導入する理論の拡張バージョンは、観測されたトップクォークとヒッグス粒子の質量と一致する可能性がある。

複合ヒッグス粒子は、量子色力学に類似した仮説上の力を使用した標準モデルの拡張であるトップカラーモデルで「自然に」発生します。「自然」であるためには、つまり過度な微調整なしで（つまり、大きな放射補正からヒッグス質量を安定化するために）、仮説は比較的低いエネルギースケールでの新しい物理を必要とします。たとえば、新しい物理を 10 TeV に置くと、モデルはトップクォークが観測されたものよりも大幅に重くなると予測します（約 600 GeV 対 171 GeV）。トップシーソーモデルもトップカラーに基づいており、この困難を回避します。

標準モデルを超えるヒッグスカラーが多数存在する場合、予測されるトップクォークの質量は固定点とよりよく一致するようになるだろう。これは、LHCとそのアップグレードで調べることができるエネルギースケールでの新しい複合ヒッグス場の豊富な分光を示している可能性がある。^{[6] [7]}

• ボーズ・アインシュタイン凝縮
• フェルミオン凝縮
• 階層問題
• テクニカラー（物理学）