高能對撞機上的Higgs物理——Higgs耦合的精確檢驗.pdf

1、規(guī)范場論的提出是人類向統(tǒng)一各種相互作用邁進的十分引人矚目的一步，標準模型在這種背景下誕生并獲得了極大的成功。迄今為止所有的低能實驗現(xiàn)象與基于SU(3)(×)SU(2)(×)U(1)規(guī)范理論的標準模型相符合。然而標準模型理論的另一基石Higgs機制所預言的Higgs粒子至今沒在實驗上被發(fā)現(xiàn)。有理由相信標準模型并不是描述物質世界的終極理論，它有可能僅是其它更基本理論的一個低能有效理論。 最小超對稱標準模型(MSSM)和大額外維(LE

2、D)模型用不同的方法解決了標準模型的等級差問題，日益成為物理學家關注的標準模型的擴展理論。MSSM通過引入超對稱性和超對稱粒子來解決等級差問題。最小超引力(mSUGRA)統(tǒng)一理論不但提供了超對稱自發(fā)破缺的框架，并且可以減少MSSM中大量軟破缺參數(shù)對理論預言帶來的任意性。最近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，MSSM中最輕的中性Higgs粒子h0的質量不超過150GeV。如果最小超對稱標準模型正確，h0將必然能夠在LC上探測到，而且在MSSM的很大參數(shù)空間

3、上，LC將能夠探測到兩個以上的Higgs粒子。 大額外維模型，用引入新的空間維數(shù)的方式來解決等級差問題。時空維數(shù)大于4的想法在弦論中非常普通，因而，大額外維模型可能是弦論的一個低能近似理論。這個理論將引力也納入到標準模型的框架中，并且按照ADD模型的想法，在高維空間傳播的無質量引力子可以等效于許多在四維時空傳播的有質量的引力子，這使人們能夠研究引力子與普通粒子的相互作用，特別是將來可能發(fā)現(xiàn)的Higgs玻色子的相互作用，為將來更高

4、能標下可能發(fā)現(xiàn)的新物理做好理論準備。 未來的直線對撞機和強子對撞機的主要任務之一就是尋找Higgs粒子。為了重建Higgs勢，確定Higgs的耦合性質是很有必要的。本論文在不同的模型下研究了Higgs的耦合性質，包括Yukawa耦合、與規(guī)范玻色子的耦合以及Higgs自耦合。在能量約為300～500GeV的直線對撞機上，測量HZZ耦合的主要過程是軔致輻射過程e+e-→ZH；而當能量較高時，軔致輻射過程的截面壓低，一些三體末態(tài)的過程

5、就顯得很重要。首先，e+e-→HZZ過程不僅是探測gZZH的重要過程，而且也提供了研究四線耦合(例如C-破壞的HZZZ或HγZZ)的可能性。由于四線耦合在標準模型樹圖階是不存在的，故而通過上述過程的探測就顯得更加重要。e+e-→HHZ是探測Higgs自耦合的首選過程。我們分別在標準模型和大額外維模型中研究了這些過程。Higgs對產(chǎn)生由于能夠提供Higgs三線耦合的信息，也能夠間接地檢驗Yukawa耦合、Higgs與規(guī)范玻色子的耦合，因此

6、在Higgs產(chǎn)生過程中占有很重要的地位。我們分別計算了最小超對稱標準模型下直線對撞機上的中性Higgs對產(chǎn)生過程，和四代費米子標準模型下LHC上的中性Higgs對產(chǎn)生過程。本論文的創(chuàng)新之處如下： ·本文首次研究了MSSM下所有可能的中性Higgs對在LC上的產(chǎn)生過程，全面的計算討論對于尋找Higgs粒子，檢驗它們的各種耦合性質有很重要的意義。計算中采用mSUGRA參數(shù)，減少了MSSM中大量軟破缺參數(shù)對理論預言帶來的任意性，使結果

7、表達得非常明晰。 ·我們采用γγ對撞模式來研究MSSM的中性Higgs對產(chǎn)生，對于末態(tài)Higgs粒子總的CP為偶的過程，γγ對撞模式的產(chǎn)生截面與e+e-對撞的產(chǎn)生截面相差不大，但光子對撞模式的質心系能量可調，也不存在s道壓低的問題，因此我們認為光子光子對撞的模式更有優(yōu)越性。 ·e+e-→HZZ過程不僅是探測gZZH的重要過程，作為三體末態(tài)過程，它還提供了研究四線耦合的可能性，并且在實驗上可能成為一些新物理過程的本底，所以

8、對它的精確研究很有必要。我們研究了這個過程的單圈階電弱輻射修正，精確的計算對于未來LC實驗尋找Higgs粒子以及測量gZZH具有理論上的指導意義。 ·我們首次在正負電子的不同極化狀態(tài)下計算了e+e-→HZZ和e+e-→HHZ兩個過程的額外維效應。e+e-→HHZ是探測Higgs自耦合的首選過程，因此精確的計算很有必要。額外維效應很大程度上改變了標準模型的截面，尤其是當能量高的時候。另一方面，精確的計算對實驗上能探測到的額外維基本