新物理模型中125GeV附近Higgs玻色子产生过程的唯象研究

发布时间：2017-05-10 03:16

  本文关键词：新物理模型中125GeV附近Higgs玻色子产生过程的唯象研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自然界存在着四种相互作用：弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用及引力相互作用。标准模型在描述自然界已知的粒子及弱、电磁、强相互作用方面取得了巨大成功,尤其是2012年,大型强子对撞机上Higgs玻色子的发现,找到了标准模型所预言的最后一个粒子。但人们普遍认为标准模型并不是一个终极理论。这是因为标准模型在某些方面不能够给出很好的答案,它不能提供暗物质候选者,无法解释中微子具有质量的问题,规范耦合常数不能统一,还有严重的精细调节问题等等。实验上发现的Higgs信号,与标准模型的预言基本相符,但是还存着一些实验精度暂时无法解释的偏差,这就需要标准模型之外的新物理来进行解释。我们的工作就是在几种新物理模型中,结合H iggs实验数据,对Higgs玻色子的一些产生过程进行唯象研究。本论文工作主要包括以下几方面：(1)假定类标准模型Higgs粒子质量在123-127GeV之间,在低能超对称模型MSSM和NMSSM中来对比研究它的物理性质。在2σ误差范围内考虑了各种实验限制(包括μ介子g-2和暗物质残留密度限制),对每个模型的参数空间进行了全面扫描。在满足目前实验限制,并且可以预言一个质量在123-127 GeV范围内的类标准模型Higgs粒子的参数空间.内,研究了敏感参数的性质,同时计算了LHC上双光子信号和VV*(V=W,Z)信号的产生比率。结果发现：(i)在MSSM中,stop的质量和4t都必须很大,这会引发精细调节问题,而这一问题在NMSSM中可以大大被缓解；(ii)相比标准模型预言,在MSSM中,需要一个轻的stau来抬高类标准模型Higgs粒子的双光子信号比率,但是在NMSSM中这个比率可以通过多种方式被显著抬高；(iii)相比标准模型预言,在MSSM中,LHC上pp→h→VV*的产生比率不能被抬高,但是,在NMSSM中可以被显著抬高；(iv)到目前为止存活的参数空间中很大一部分,会被期待的XENON100(2012)灵敏度迅速覆盖(尤其是在NMSSM中)。因此,虽然低能超对称模型能够预言一个125GeV附近的类标准模型Higgs粒子,并且能抬高其在LHC上的双光子信号,但是在考虑各种实验限制条件下并不是所有的低能超对称模型都能满足要求。可以看出：NMSSM是目前能预言一个125GeV附近类标准模型Higgs粒子的最好模型；它能够自然(不需精细调节)地预言Higgs粒子的质量而且很容易地抬高其在LHC上的双光子信号。同时,在大部分参数空间中,此模型抬高其在LHC上的即-→h→VV*(V=Z,W]信号,并能预测出大的暗物质和核在XENON100上的散射率。因此LHC和XENON100将会很好地检验此模型。(2)在Manohar-Wise模型下研究了色八重态标量粒子对Higgs成对产生过程的影响。首先,结合理论和实验限制扫描了Manohar-Wise模型的参数空间。接着,将得到的存活参数点分别与ATLAS实验组和CMS实验组观测到的数据进行了拟合,进而得到1σ和2σ的存活点。然后,在Manohar-Wise模型下计算了Higgs成对的产生截面,并且研究了Higgs对产生信号在LHC-14开始运行后被探测到的可能性。基于计算和分析,得到以下结论：·考虑到目前的理论和实验限制,包括LHC一期运行时获得的Higgs数据,发现在Manohar-Wise模型中Higgs成对产生截面与标准模型相比可以有103倍的抬高。·在Manohar-Wise模型中Higgs成对产生截面的主要贡献来自CP为奇的色八重态标量粒子SIA的费曼图。标量粒子SIA越轻,同时|λI|越大,那么Higgs成对产生的截面就越大。·在LHC-14运行后,Manohar-Wise模型中的大部分存活参数点有可能被探测到。比如,在LHC-14的积分亮度达到100fb-1时,R=10对应的参数点就可能被探测到。(3)在LHT模型中研究了Higgs玻色子和单顶夸克伴随产生过程pp→tHb和pp→tHW-的相对修正效应。结果发现,在适当的参数空间,过程pp→tHb的相对修正在8 TcV和14 TeV时可达到-25%和-23%;过程pp→tHW-的相对修正在8 TeV和14TeV时可达到-25%和-20%,置信度均为2σ。这些相对修正比较明显,所以有可能在LHC上探测到这些LHT效应。
【关键词】：超对称模型 Manohar-Wise模型 LHT模型 Higgs玻色子 大型强子对撞机
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O572.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 标准模型的Higgs玻色子10-24
• 1.1 标准模型的Higgs机制及Higgs粒子10-16
• 1.1.1 电弱对称性破缺之前的标准模型10-12
• 1.1.2 标准模型的Higgs机制12-14
• 1.1.3 标准模型的Higgs粒子与其它粒子的耦合14-16
• 1.2 强子对撞机上Higgs玻色子的产生和衰变过程16-18
• 1.2.1 强子对撞机上Higgs玻色子的产生过程16-17
• 1.2.2 强子对撞机上Higgs玻色子的衰变过程17-18
• 1.3 Higgs玻色子质量的理论限制18-22
• 1.3.1 幺正性的限制18-20
• 1.3.2 平庸性的限制20-21
• 1.3.3 真空稳定性的限制21-22
• 1.4 LHC上寻找Higgs玻色子的结果22-24
• 第二章 MSSM和NMSSM中的Higgs玻色子24-40
• 2.1 超对称(SUSY)和最小超对称(MSSM)24-30
• 2.1.1 规范等级问题24-26
• 2.1.2 超对称简介26-28
• 2.1.3 最小超对称模型28-30
• 2.2 最小超对称中的Higgs粒子30-34
• 2.2.1 最小超对称中的Higgs势30-31
• 2.2.2 最小超对称中Higgs玻色子的质量31-34
• 2.3 次最小超对称(NMSSM)的Higgs粒子34-40
• 2.3.1 参数μ问题34-36
• 2.3.2 NMSSM中的Higgs势36-37
• 2.3.3 NMSSM中的Higgs质量谱37-40
• 第三章 MSSM和NMSSM中125GeV附近类标准模型Higgs粒子性质的对比研究40-58
• 3.1 引言40-41
• 3.2 MSSM和NMSSM中类标准模型Higgs粒子的质量41-43
• 3.3 数值计算结果与讨论43-56
• 3.3.1 M_h(?)125GeV对generic SUSY的影响45-46
• 3.3.2 M_h(?)125GeV对sub-TeV SUSY的影响46-56
• 3.4 结论56-58
• 第四章 Manohar-Wise模型中125GeV附近Higgs玻色子成对产生过程的研究58-68
• 4.1 引言58-59
• 4.2 Manohar-Wise模型简介59-60
• 4.3 Manohar-Wise模型中Higgs玻色子对产生过程的计算结果与讨论60-66
• 4.4 结论66-68
• 第五章 LHT模型中Higgs和顶夸克伴随产生过程tHb和tHW~-的研究68-78
• 5.1 引言68
• 5.2 LHT模型简介68-71
• 5.3 计算结果和讨论71-77
• 5.4 结论77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 参考文献80-96
• 攻读博士学位期间发表的论文96-98
• 致谢98-100

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