高能對撞機上一些新物理模型過程的唯象研究.pdf

1、盡管標準模型(SM)在揭示人們可達到的最小尺度內的基本自然規(guī)律方面以及描寫目前實驗數(shù)據方面取得了顯著的成功,但是在標準模型中負責電弱對稱性自發(fā)破缺機制的黑格斯(Higgs)粒子迄今仍未被實驗所發(fā)現(xiàn)。此外,有關標準模型的諸多理論爭端以及超出標準模型的實驗跡象暗示著標準模型是不完善的,它應該包含于某種更基本的理論之中。許多超出標準模型的新物理的一個主要動機是解決標準模型中電弱能標和普朗克能標之間的等級結構問題和精細調節(jié)問題。人工色理論作為一

2、種電弱對稱性動力學破缺理論,它在超出電弱能標不太高的標度引入新的強相互作用,從而延緩等級結構問題。最小Higgs模型是基于SU(5)/SO(5)整體對稱性破缺的非線性σ模型,它借助整體對稱性部分破缺的方式來消除最低階貢獻,從而實現(xiàn)問題的解決。
　　 在各種各樣的電弱對稱性動力學破缺模型中,項色輔助的人工色(TC2)模型是最令人感興趣的,因為它把top夸克和電弱對稱性破缺聯(lián)系在一起。在TC2模型中,頂色(topcolor)相互作用

3、對電弱對稱性破缺的貢獻很小,但它負責產生top夸克的大部分質量,其貢獻大小為m't=(1-ε)mt(ε=0.03-0.1),其中ε是一個與模型有關的參數(shù)。人工色(technicolor)相互作用在電弱對稱性破缺中扮演主要角色,而擴充的人工色(extendedtechnicolor)相互作用產生輕費米子的質量,而對top夸克質量僅產生大小為εmt的貢獻。TC2模型預言了三個CP奇宇稱標量粒子top-pions(π±t,π0t)和一個CP偶

4、宇稱標量粒子top-Higgs(h0t)。這些新粒子可視為TC2模型的特征粒子,它們是第三代夸克的凝聚產物并與第三代夸克存在較強的耦合。此外,topcolor相互作用是非普適的,它不滿足CIM機制,這種非普適的相互作用會產生一些樹圖階的味改變中性流頂角,這些味改變耦合強度比較大,這是TC2模型的又一特點。
　　 在最小Higgs模型中,除了標準模型的粒子之外,還引入了新的荷電重矢量玻色子(W±H),一個中性重矢量玻色子(Z0H)

5、,一個重光子(AH),一個重top夸克(T+)和一個重的標量三重態(tài)(φ)。相對最小Higgs模型,帶有T-宇稱的最小Higgs模型(LHT)是一個理論上協(xié)調的唯象上可行的模型。LHT模型需要引入三代鏡像夸克和三代鏡像輕子,三代鏡像費米子都是T奇字稱態(tài)。另外,對于上面所提及的新粒子,除T+是T偶宇稱態(tài)之外,其它都是T奇宇稱態(tài)。最后,LHT模型中還包含一個T奇宇稱重top夸克(T+)。LHT模型中的鏡像費米子可引起特殊的味結構和一些新的味改

6、變耦合,這些味改變耦合可以較大地提高一些味改變過程的產生幾率。
　　 基于已運行的大型強子對撞機(LHC)和未來的國際直線對撞機(ILC)這兩個高能對撞機的運行環(huán)境,結合一些具體的物理過程,我們對TC2模型和LHT模型中新粒子的產生過程以及這些模型對一些味改變過程的影響進行了分析研究,主要研究工作表現(xiàn)在以下幾個方面:
　　 (1)在LHC上TC2模型下研究了top-Higgs與top夸克對聯(lián)合產生的樹圖過程pp→tt-h

7、0t,在LHC上該過程通過部分子過程qq-→tt-h0t和gg→tt-h0t來實現(xiàn)。我們分別考察了top-Higgs質量和模型參數(shù)ε對該過程產生截面的影響。我們的數(shù)值結果顯示,在模型的大部分參數(shù)空間中,過程即pp→tt-h0t的產生截面可達到幾百個fb,而對于輕的top-Higgs,截面達到幾十個pb。我們還給出了產生截面隨h0t粒子橫動量變化的分布以及產生截面對重整化標度/因子化標度的依賴關系。
　　 (2)在TC2模型下計算

8、了過程e+e-→tt-h0t的產生截面,計算結果顯示,在top-Higgs質量取值的全空間中,當ILC質心能量在1 TeV和2 TeV之間時,該過程產生截面的取值為1.0-7.5 fb。此外,我們還分別給出了產生截面隨h0t粒子和top夸克橫動量變化的分布。
　　 (3)在ILC上LHT模型下研究了b夸克和s夸克的味改變聯(lián)合產生過程,即e+e+→bs-和rr→bs-。結果顯示,在合適的參數(shù)空間范圍內,ba-產生截面是相當大的。在