高能對撞機(jī)上一些新物理模型過程的唯象研究.pdf

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

2、種電弱對稱性動力學(xué)破缺理論,它在超出電弱能標(biāo)不太高的標(biāo)度引入新的強(qiáng)相互作用,從而延緩等級結(jié)構(gòu)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(xiàn),從而實現(xiàn)問題的解決。
　　 在各種各樣的電弱對稱性動力學(xué)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(xiàn)很小,但它負(fù)責(zé)產(chǎn)生top夸克的大部分質(zhì)量,其貢獻(xiàn)大小為m't=(1-ε)mt(ε=0.03-0.1),其中ε是一個與模型有關(guān)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(kuò)充的人工色(extendedtechnicolor)相互作用產(chǎn)生輕費米子的質(zhì)量,而對top夸克質(zhì)量僅產(chǎn)生大小為εmt的貢獻(xiàn)。TC2模型預(yù)言了三個CP奇宇稱標(biāo)量粒子top-pions(π±t,π0t)和一個CP偶

4、宇稱標(biāo)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(chǎn)物并與第三代夸克存在較強(qiáng)的耦合。此外,topcolor相互作用是非普適的,它不滿足CIM機(jī)制,這種非普適的相互作用會產(chǎn)生一些樹圖階的味改變中性流頂角,這些味改變耦合強(qiáng)度比較大,這是TC2模型的又一特點。
　　 在最小Higgs模型中,除了標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(diào)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生幾率。
　　 基于已運行的大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)和未來的國際直線對撞機(jī)(ILC)這兩個高能對撞機(jī)的運行環(huán)境,結(jié)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(chǎn)生過程以及這些模型對一些味改變過程的影響進(jìn)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(chǎn)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(zhì)量和模型參數(shù)ε對該過程產(chǎn)生截面的影響。我們的數(shù)值結(jié)果顯示,在模型的大部分參數(shù)空間中,過程即pp→tt-h0t的產(chǎn)生截面可達(dá)到幾百個fb,而對于輕的top-Higgs,截面達(dá)到幾十個pb。我們還給出了產(chǎn)生截面隨h0t粒子橫動量變化的分布以及產(chǎn)生截面對重整化標(biāo)度/因子化標(biāo)度的依賴關(guān)系。
　　 (2)在TC2模型下計算

8、了過程e+e-→tt-h0t的產(chǎn)生截面,計算結(jié)果顯示,在top-Higgs質(zhì)量取值的全空間中,當(dāng)ILC質(zhì)心能量在1 TeV和2 TeV之間時,該過程產(chǎn)生截面的取值為1.0-7.5 fb。此外,我們還分別給出了產(chǎn)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(chǎn)生過程,即e+e+→bs-和rr→bs-。結(jié)果顯示,在合適的參數(shù)空間范圍內(nèi),ba-產(chǎn)生截面是相當(dāng)大的。在