高能对撞机上左右双希格斯模型的唯象研究

发布时间：2018-11-18 21:29

【摘要】：粒子物理学中描述强相互作用和电弱相互作用的标准模型(Standard Model:SM)自20世纪60年代末期建立以来,经历了大量实验的精确检验,是迄今描述微观粒子相互作用最成功的理论模型。然而SM自身仍存在的一些理论问题(如规范等级问题、无法解释中微子质量和暗物质等),人们普遍相信SM只是一个低能有效理论,在TeV能标附近应该有新物理存在。双Higgs机制是为了解决小的等级问题所提出的一种新理论,左右双Higgs(Left-right twin Higgs:LRTH)模型是双Higgs机制在左右手模型中的具体实现。除了类SM的Higgs粒子,该模型也预言了重的类矢T夸克、重的规范玻色子、中性和带电的标量粒子等,它们会在高能对撞机上产生一些独特的信号。随着欧洲核子中心(European Organization for Nuclear Research:CERN)大型强子对撞机(Large Hadron Collider:LHC)的成功运行,粒子物理学研究跨入了“TeV能标”的崭新时代。2012年7月,ATLAS和CMS实验组同时宣布在125 GeV附近发现了一个新的粒子,第一阶段运行(质心系能量为7 TeV和8 TeV)的实验数据表明该粒子的性质和SM中Higgs粒子非常接近。然而,很多新物理模型也都预言了类SM的Higgs粒子的存在,所以从实验上精确测量Higgs粒子的性质对检验SM和区别不同的新物理模型非常重要。计划中的高能正负电子直线对撞机具有背景干净,高精度等优点,可以精确地检验强子对撞机发现的新物理现象。本文正是基于正在运行的LHC实验和计划中的高能直线对撞机,在LRTH模型下开展了一些唯象研究工作：(1)研究了LRTH模型中类标准模型Higgs玻色子的各种衰变道,重点研究了双光子道的信号强度,并根据LHC实验Higgs的相关数据进行整体拟合从而给出对参数空间的限制。由于退耦效应,五个道中Higgs玻色子的信号强度与SM的比值都小于1,Higgs数据的整体拟合结果基本排除了能量标度参数f的参数空间f550 GeV.(2)研究了轻的赝标粒子φ0的衰变和产生。特别是当它的质量小于类标准模型Higgs粒子质量一半时,新的衰变道h→砂φ0φ0将会打开,从而压低其它衰变道的分支比。所以,LHC上Higgs的数据会对该过程给予一定的限制。在此限制下,我们又研究了它在LHC和国际直线对撞机(International Linear Collider:ILC)上的唯象学。特别是在质心能量(?)=250 GeV的ILC上,可以通过e+e-→Zh→Z(Φ0Φ0)→Z(4b.2b27-T)过程来探测轻的φ0粒子的信号。(3)研究了LHC,XENO100和大型地下氙(Large Underground Xenon:LUX)实验对LRTH模型中暗物质候选者S的限制,包括LHC上Higgs数据对不可见衰变的分支比Br(h→SS)的限制以及暗物质直接探测实验对参数空间{9hSS,mS)的限制。结果表明,在2σ的置信度水平上,类标准模型的Higgs衰变到轻的暗物质对的分支比应该小于20%;对同样大小的暗物质质量,LUX实验结果能给出对耦合参数9hss更强的限制。(4)研究了在高能直线对撞机上T夸克联合产生的一系列过程e+e-→tT+Tt， e+e-→TT,e+e-→tTh+Tlh,e+e-→TTh,lTΦ0+TlΦ0.和TTφ0,给出各个过程的产生截面并做了简单的背景分析。(5)研究了LRTH模型中的类SM的Higgs玻色子h在ILC上的三个重要产生过程：e+e-→Zh,e+e-→vvh和e+e-→tth。计算了非极化状态下各个过程中Higgs粒子衰变到bb和99的信号强度,并与未来ILC实验上预期的测量精度进行了对比。结果表明未来的ILC实验能给能标参数∫厂很强的限制。以ILC-250(1000)GcV为例,在2σ的水平上∫的值应该大于1150(1400)GeV。
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【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O572.2

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