超对称模型的粒子物理唯象学研究
发布时间：2020-08-15 08:57
【摘要】：粒子物理唯象学是高能粒子物理研究中必不可少的一部分,它是在理论研究和高能物理实验之间的一座桥梁。粒子物理唯象学的任务就是对复杂的粒子物理理论进行数值计算与模拟,并将计算结果与高能物理实验的结果相比较。通过比较各种细节,我们才能知道建立和完善模型需要满足哪些要求,或者某些特定模型取什么样的参数,参数设定在什么范围。标准模型是当前最成功的粒子物理模型,但它也存在一些无法解释的问题,比如不能提供暗物质粒子,也面临严重的精细调节问题。这些问题可以在超对称模型下得到很好的解释,所以对超对称理论进行唯象研究非常有意义。本文对超对称模型中最轻的neutralino粒子作为暗物质粒子的两种方案进行了唯象学研.究.,第一种是最小超对称模型中以bino为主、质量低于100GeV的neutralino作为暗物质的方案,在扫描到足够多的满足各种现有实验限制的样本后,我们对样本进行了 14TeV的LHC上的蒙卡模拟,我们发现:· slepton质量大于350GeV的样本,它们的X01有两种湮灭方式:1.mxo1≌mz/2,x01通过s道的Z玻色子湮灭,这些样本的μ值小于470GeV,2.mxo1≌mh/2,x01通过s道的Higgs湮灭,这些样本的μ值小于800GeV;· slepton质量小于350GeV的样本,暗物质粒子x01与slepton粒子通过t道或者u道湮灭;·如果14TeV的LHC上没有观测到多轻子加ETmiss的信号,那么30 fb-1、100 fb-1 300 fbt-1积分亮度的LHC数据能将mx10的下限提高到42GeV、44GeV、55GeV;· 300 fb-1积分亮度的LHC上如果没有发现多轻子加ETmiss信号,那么大多数μ(?)350GeV且μ与mx10差值较大的样本会被排除,轻暗物质方案的存活空间也会被限制到很小的区域内;·暗物质直接探测实验对轻暗物质方案有很强的检验能力,我们扫描到的样本几乎都在LZ-7.2T的探测能力之内。第二种方案是自然次最小超对称提供暗物质粒子,在扫描中我们要求两种精细调节度△z和△h都不能大于50,并用蒙卡模拟对扫描到的样本进行筛选,最后研究了 LUX-2016 数据对该方案的限制情况。我们发现:·在严格的实验限制下,次最小超对称依然能保持其自然性,但未来更加严格的暗物质直接探测实验对次最小超对称模型的自然性提出了挑战;·在暗物质直接探测中,对自旋相关截面的限制与对自旋无关截面的限制形成互补,它们对自然次最小超对称模型提供暗物质方案的排除能力非常强,尤其是对以singlino或者higgsi.no为主的neutrali.no暗物质粒子;·对自旋无关的暗物质与核子散截面,通过调节其中各个贡献使其相互抵消,次最小超对称模型可以给出非常低的截面,但这种调节算是一种新的“精细调节”,影响模型的自然性;最后分析了粒子物理唯象学中在开发程序方面面临的问题,介绍了以Python为框架的针对唯象学研究尤其是扫描工作的工具包ScanCraft:首先阐述了开发时的主要原则,然后给出了实现马尔科夫链扫描和多线程随机扫描这两种扫描方法的案例。
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O572.2
【图文】：
01平面上，见图3.1，这两张图表明，以 Bino 场为主的 其质量必须大于37GeV，且样本主要集中在χ01 Z和χ01 h附近。此外，我们还发现被保留的样本可以被分成三类：一类 满足lGeV 的特点，这类样本提供的暗物质在宇宙早期的主要湮灭方式为通过一个 t 道或 u 道的 slepton 来湮灭；20
而紫色的点不能被 300 积分亮度的数据排除。细数据，这种方法给出的结果已经十分有效。在图3.2中我们展示了在 14TeV 的 LHC 上进行模拟结果：左图χ01平面上的是对 chargino 与 neutralino 联合产生过程进行模拟的结果，右图χ01l平面上的是slepton 产生过程的模拟结果，两图上所有的点都满足小节3.2，3.3中的限制和要求。用来恒量样本是否被排除的显著度是用 CLs 方法计算而来，式3.7和式3.8中的i值设定为i，信号和背景的总的相对系统误差与 8TeV 的 LHC 上的取值相同。图中淡黄色、橙色、红色的点将会在 14TeV LHC 的积分亮度分别为 30 、100 、300 时在95% 的置信度上被排除，紫色点不能被 300 及以下的亮度排除。从图3.2左边的图中可以看到一条 的分界线，对应 积分亮度的排除能力。随着亮度增加
Z附近的样本的 neutralino 无法衰变到在壳的 slepton。接下来我们同时考虑寻找 slepton 和寻找 electroweakino 的结果。在图3.3中我们在χ01平面上再次画出满足小节3.2，3.3中要求和限制的样本，左图中展现出了 95%置信度的排除能力，右图展现了 置信度的发现能力。用于衡量是否发现的显著度是用 CLs 方法计算得出，但在这里，式3.7和式3.8中的i取i i。左图颜色和图3.2的设计相同，右图中绿、浅蓝、深蓝三种颜色分别标记了能在 30 、100 、300数据中发现 置信度的新粒子的样本，黑色点对应的样本不能被 300 以下亮度的数据发现。从这个图 (图3.3) 我们可以发现： 若未能发现 14TeV 的 LHC 上有多轻子加上missT的信号，30 、100 、300 数据会将χ01的下限提高到 42GeV、44GeV、55GeV； 如果在 14TeV 的 LHC 上仍不能发现多轻子加上missT信号
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O572.2
【图文】：
01平面上，见图3.1，这两张图表明，以 Bino 场为主的 其质量必须大于37GeV，且样本主要集中在χ01 Z和χ01 h附近。此外，我们还发现被保留的样本可以被分成三类：一类 满足lGeV 的特点，这类样本提供的暗物质在宇宙早期的主要湮灭方式为通过一个 t 道或 u 道的 slepton 来湮灭；20
而紫色的点不能被 300 积分亮度的数据排除。细数据，这种方法给出的结果已经十分有效。在图3.2中我们展示了在 14TeV 的 LHC 上进行模拟结果：左图χ01平面上的是对 chargino 与 neutralino 联合产生过程进行模拟的结果，右图χ01l平面上的是slepton 产生过程的模拟结果，两图上所有的点都满足小节3.2，3.3中的限制和要求。用来恒量样本是否被排除的显著度是用 CLs 方法计算而来，式3.7和式3.8中的i值设定为i，信号和背景的总的相对系统误差与 8TeV 的 LHC 上的取值相同。图中淡黄色、橙色、红色的点将会在 14TeV LHC 的积分亮度分别为 30 、100 、300 时在95% 的置信度上被排除，紫色点不能被 300 及以下的亮度排除。从图3.2左边的图中可以看到一条 的分界线，对应 积分亮度的排除能力。随着亮度增加
Z附近的样本的 neutralino 无法衰变到在壳的 slepton。接下来我们同时考虑寻找 slepton 和寻找 electroweakino 的结果。在图3.3中我们在χ01平面上再次画出满足小节3.2，3.3中要求和限制的样本，左图中展现出了 95%置信度的排除能力，右图展现了 置信度的发现能力。用于衡量是否发现的显著度是用 CLs 方法计算得出，但在这里，式3.7和式3.8中的i取i i。左图颜色和图3.2的设计相同，右图中绿、浅蓝、深蓝三种颜色分别标记了能在 30 、100 、300数据中发现 置信度的新粒子的样本，黑色点对应的样本不能被 300 以下亮度的数据发现。从这个图 (图3.3) 我们可以发现： 若未能发现 14TeV 的 LHC 上有多轻子加上missT的信号，30 、100 、300 数据会将χ01的下限提高到 42GeV、44GeV、55GeV； 如果在 14TeV 的 LHC 上仍不能发现多轻子加上missT信号
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4 张瑞v
本文编号：2793896
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