基于有效拉格朗日量的Higgs相关新物理现象学研究

发布时间：2017-05-08 07:08

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【摘要】：探索新物理是Higgs玻色子发现之后粒子物理学界的首要目标。目前已知的新物理模型都还没有实验证据,因此相比于逐个检验模型的正确性,未来的实验更需要一种不依赖于模型的方法,对所有模型进行判断。绝大多数的新物理模型,如果其高能自由度被积分掉,都可以写成包含高维有效算符的有效拉格朗日量形式,区别只是有效算符的系数1不同。因此,基于有效拉格朗日量的现象学为模型检验提供了统一的标准,在新物理研究中被广泛采用。本文着眼于与Higgs玻色子相关的有效拉格朗日量,利用有效算符表示Higgs玻色子参与的反常耦合,研究其在LHC和Higgs工厂两种对撞机上的现象学。LHC相关的工作考虑包含至少两个Higgs玻色子的多Higgs场混合体系。假设最轻的h即是已经被发现的Higgs玻色子;而次轻的H为中性,具有6维的反常耦合。H是这部分工作的研究对象。Higgs场之间的混合效应通过引入额外参数来描述。本文计算了同时考虑不止一个Higgs玻色子的情况下的规范玻色子散射S矩阵幺正性对反常耦合常数的约束,并提出利用反常耦合压低H的相关信号,进而使其避免被目前LHC的实验排除的思想。利用幺正性约束和重调实验限制的思想,本文最终得到了H存在需要满足的参数条件,并指出在14TeV的LHC上,可以通过VH联合产生过程检验H的存在性及反常耦合。在Higgs工厂的工作中,本文提出了e+e-→γh过程可以在Higgs工厂上探测与Higgs玻色子h 2相关的新物理效应。本文分别计算了标准模型中和考虑6维反常耦合后的γh过程截面,并给出了该过程对6维反常耦合的灵敏度。结果表明,对一些反常耦合算符,γh过程比目前的实验更敏感。而且,γh过程只有两个未知的6维反常耦合自由度,远少于Higgs-Z联合产生过程。因此其实验结果可以有效减少反常耦合常数的简并度,并给出所有相关常数的约束条件,这对了解新物理机制至关重要:所有不符合约束条件的新物理模型都将被排除。在Higgs工厂(如CEPC或TLEP)前期的运行阶段,γh过程就有可能发现新物理信号,或对其给出更严格的限制。
【关键词】：有效拉格朗日量 新物理 现象学 中性重Higgs玻色子 Higgs-光子联合产生
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O572.214
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 主要符号对照表8-9
• 第1章 引言9-25
• 1.1 课题背景9-11
• 1.2 新物理理论11-16
• 1.2.1 超对称理论（SUSY）11-13
• 1.2.2 双Higgs二重态模型（2HDM）13-16
• 1.2.3 小结16
• 1.3 有效拉格朗日量16-23
• 1.3.1 有效场论16-17
• 1.3.2 高维有效算符的拉格朗日量17-22
• 1.3.3 高维有效算符的实验约束22-23
• 1.4 现象学23
• 1.5 论文的结构23-25
• 第2章 不依赖模型的反常、中性、重Higgs玻色子理论25-53
• 2.1 问题的提出25-26
• 2.2 Higgs玻色子与标准模型粒子的反常耦合26-33
• 2.2.1 反常Yukawa耦合26-28
• 2.2.2 反常规范耦合28-33
• 2.3 电弱规范玻色子散射的幺正性对反常耦合常数的约束33-38
• 2.4 LHC第一阶段实验对反常耦合常数的约束38-51
• 2.4.1 ATLAS和CMS对Higgs玻色子存在性的测量方法介绍38-40
• 2.4.2 HVV反常耦合的参数化40-41
• 2.4.3 反常耦合常数的约束计算41-50
• 2.4.4 计算的合理性讨论50-51
• 2.5 本章小结51-53
• 第3章 Higgs工厂上的新物理探测：Higgs-光子联合产生过程53-71
• 3.1 问题的提出53-56
• 3.2 标准模型中Higgs-光子联合产生过程的计算56-60
• 3.3 通过Higgs-光子联合产生过程探测新物理：有效拉格朗日量60-65
• 3.4 Higgs-光子联合产生过程中超对称顶夸克的一圈图效应65-68
• 3.4.1 只考虑超对称顶夸克的自然超对称模型65-67
• 3.4.2 用有效拉格朗日量表示超对称顶夸克的一圈图67-68
• 3.5 本章小结68-71
• 第4章 总结与展望71-73
• 参考文献73-80
• 致谢80-82
• 附录A 电弱规范玻色子在壳时HVV的反常耦合计算82-87
• A.1 H → WW82-84
• A.2 H → ZZ84-87
• 附录B Passarino-Veltman积分87-89
• 附录C 不同的6维有效算符基底下Wilson系数的变换89-91
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果91

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