未來五年,本中心理論成員將會繼續和國家理論中心、和中央大學數學與理論物理中心作密切的整合。在本計畫的支持之下,我們預計在未來三到五年納入更多的國內高能物理現象學及重力理論的優秀研究學者。常態邀請國際知名理論學者來訪,與理論或實驗成員互動、交流合作,將是未來推動的重點工作之一。此研究群未來五年在現有的研究方向下的目標包括:

() 高能物理現象學本中心將朝四個大方向推動。(一)透過精密測量希格斯粒子與規範玻色子和費米子之間的耦合,研究電弱對稱破壞。目前玻色子的實驗準確度約10%,而費米子仍有極大的實驗誤差。在未來五年這些實驗上的準確度將會大幅提升,因此,我們可以更進一步了解電弱對稱破壞機制。尋找其他希格斯粒子、稀有希格斯粒子衰變的測量、雙希格斯粒子、以及希格斯粒子與宇宙學的連結等等理論工作,都是研究重點。(二)在理論上,研究在LHC可能產生的暗物質訊號,以指引實驗學家尋找暗物質的新方向。(三)研究TeV的right-handed微中子,目前有些理論模型預測LHC將可探索此類的奇異粒子,因此,我們將進行更完備的理論工作,以及了解微中子和暗物質之間的連結關係。(四)目前有些實驗數據顯示「味道異常」的現象,例如異常的渺子磁矩、以及一些底夸克的衰變等。這些異常現象可能的解釋是:一個尚未被發現的重規範玻色子,在tree-level會有味道改變的耦合現象。LHC將有機會驗證這項理論的可能性,而我們也會在這方面的理論有所著墨。

() 重力理論最近完成了Kerr-Newman黑洞的粒子對生成的分析計算,未來將進一步考慮更一般的黑洞背景,延伸目前研究到非進極端的黑洞是一個研究課題。在這個情況下,很難找到系統場方程的精確解,我們發現數學上monodromy的概念和性質,極有可能幫助在數學上面臨的困難。我們也試圖將研究工作延伸到更高自旋的重力理論。但是,由於數學技術的顯著困難,這可能需要更長時間,希望能在未來三到五年內完成。另外,如前所述,我們對重力的準局域能量(守恆量)研究已經有顯著的成果。尚未完全釐清的部分,是關於物理上適當的參考幾何的選擇。近期的研究重點放在處理軸對稱的時空幾何,尤其是Kerr黑洞。本中心成員將持續在重力波、粒子宇宙學、量子場論、古典場論等理論工作,以及科學軟體(TensoriaCalc)上繼續推進。研究重點會放在最前沿的重力波理論發展,尤其是重力波和光的因果結構,以及廣義相對論中的多體問題。

2018年成果

1. 高能現象學

  • 理論研究的部分主要著重於高能現象學、重力理論和量子相對論等領域。在高能現象學部分,我們研究內容主要在於超越標準模型的希格斯物理、稀有的頂夸克(top)衰變和長期未解決的渺子g-2反常現象。我們計算了在Georgi-Machacek模型中希格斯玻色子耦合常數的單圈重整化修正(Phys. Rev. D 98, 013008)。在top粒子衰變中包含flavor-changing neutral交互作用,我們研究了兩種模型:變異的axion模型(Phys. Rev. D97, 035015)和非最小普適額外維模。我們指出在這些模型下會有較大的稀有top粒子衰變,這些可以是強子對撞機未來實驗上收尋的目標。我們也完成了希格斯與弱作用規範玻色子的耦合分析,提出了實驗得方法去決定HWW和HZZ耦合的比 (JHEP 1808, 126),這將有助於釐清與標準模型的差異性。最近CMS的結果顯示不一致的HWW和HZZ耦合的可能性,我們也研究了可以產生這種效應的模型。

2.重力理論

  • 在重力理論和量子相對論的研究方面,利用全像原理的方法,我們能夠考慮近極端帶電旋轉黑洞的共形場論描述,分析視界附近的粒子對生成機制及討論其熱力學性質(Phys. Lett. B 781,129),我們也建構了更泛Dilatonic黑洞解並討論其物理特性 (Phys. Lett. B 779,249)。此外,我們對重力的準局域能量(守恆量)的研究已經取得了顯著的成果。我們進一步釐清了幾乎所有的膺張量在第一階結果的一致性(Int. J. Mod. Phys. D 27, 1847017, Gen. Rel. Grav. 50, 158)。在非局域的重力理論方面,我們研究Deser-Woodard (DW)模型對重力輻射四極矩公式的修正,我們發現能量-動量會衰減較慢,在遠端會有發散行為。基於量子相對論的觀點探討,我們成功獲得了明確的物理空間的量子模型和其粒子動力學理論,並從相對論對稱收縮極限中得回相應的經典/牛頓理論及牛頓空間。並建立了一個對稱收縮路徑,從我們的基本量子相對論對稱到所有需要被包含的各近似理論,不僅在對稱群而且在相關陪集上併入了已知物理理論(牛頓,量子,愛因斯坦特殊相對論及其量子力學),展現了我們的量子相對論對稱架構能完全包容有已知物理理論。我們已經開始推展這架構以獲得新的動力學理論。