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高能对撞机上的Higgs物理

作　者: 周雅瑾
导　师: 马文淦
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 粒子物理与原子核物理
关键词: 中国科学技术大学 标准模型 博士学位论文 额外维 规范玻色子 拉氏量 费米子 对撞机 重整化 总截面
分类号: O572.2
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


规范场论的提出是人类向统一各种相互作用迈进的十分引人瞩目的一步，标准模型在这种背景下诞生并获得了极大的成功。迄今为止所有的低能实验现象与基于SU(3)(?)SU(2)(?)U(1)规范理论的标准模型相符合。然而标准模型理论的另一基石Higgs机制所预言的Higgs粒子至今没在实验上被发现。有理由相信标准模型并不是描述物质世界的终极理论，它有可能仅是其它更基本理论的一个低能有效理论。 最小超对称标准模型(MSSM)和大额外维(LED)模型用不同的方法解决了标准模型的等级差问题，日益成为物理学家关注的标准模型的扩展理论。MSSM通过引入超对称性和超对称粒子来解决等级差问题。最小超引力(mSUGRA)统一理论不但提供了超对称自发破缺的框架，并且可以减少MSSM中大量软破缺参数对理论预言带来的任意性。最近几年的研究发现，MSSM中最轻的中性Higgs粒子H~0的质量不超过150GeV。如果最小超对称标准模型正确，H~0将必然能够在LC上探测到，而且在MSSM的很大参数空间上，LC将能够探测到两个以上的Higgs粒子。 大额外维模型，用引入新的空间维数的方式来解决等级差问题。时空维数大于4的想法在弦论中非常普通，因而，大额外维模型可能是弦论的一个低能近似理论。这个理论将引力也纳入到标准模型的框架中，并且按照ADD模型的想法，在高维空间传播的无质量引力子可以等效于许多在四维时空传播的有质量的引力子，这使人们能够研究引力子与普通粒子的相互作用，特别是将来可能发现的Higgs玻色子的相互作用，为将来更高能标下可能发现的新物理做好理论准备。 未来的直线对撞机和强子对撞机的主要任务之一就是寻找Higgs粒子。为了重建Higgs势，确定Higgs的耦合性质是很有必要的。本论文在不同的模型下研究了Higgs的耦合性质，包括Yukawa耦合、与规范玻色子的耦合以及Higgs自耦合。在能量约为300-500GeV的直线对撞机上，测量HZZ耦合的主要过程是轫致辐射过程e~+e~- →ZH；而当能量较高时，轫致辐射过程的截面压低，一些三体末态的过程就显得很重要。首先， e~+e~- →HZZ过程不仅是探测gZZH的重要过程，而且也提供了研究四线耦合(例如C-破坏的HZZZ或HγZZ)的可能性。由于四线耦合在标准模型树图阶是不存在的，故而通过上述过程的探测就显得更加重要。e~+e~- →HHZ是探测Higgs自耦合的首选过程。我们分别在标准模型和大额外维

全文目录


致谢  2-6
完成及发表论文目录  6-7
摘要  7-9
Abstract  9-12
第一章 粒子物理理论介绍  12-52
  1.1 最小标准模型  12-24
    1.1.1 规范理论  13-16
    1.1.2 对称性自发破缺和Higgs机制  16-18
    1.1.3 标准模型的重整化  18-24
  1.2 四代费米子标准模型  24-26
  1.3 最小超对称标准模型  26-39
    1.3.1 MSSM的场量  27-28
    1.3.2 MSSM的拉氏量  28-30
    1.3.3 MSSM的粒子谱  30-36
    1.3.4 最小超引力模型  36-39
  1.4 大额外维模型  39-52
    1.4.1 ADD模型的基本思想  40-41
    1.4.2 额外维模型的有效拉氏量  41-48
    1.4.3 对撞机上的引力子信号寻找  48-52
第二章 对撞机上的Higgs物理  52-60
  2.1 对撞机概况  52-53
  2.2 γγ对撞机简介  53-55
  2.3 直线对撞机上Higgs的产生和探测  55-57
  2.4 相空间运动学  57-60
第三章 LC上Higgs耦合的精确检验  60-84
  3.1 e~+e~-→HZZ过程的单圈阶电弱辐射修正  61-70
    3.1.1 解析计算  61-65
    3.1.2 数值结果和讨论  65-69
    3.1.3 小结  69-70
  3.2 额外维模型下HZZ和HHZ在直线对撞机上的产生  70-84
    3.2.1 解析计算  70-73
    3.2.2 数值结果  73-81
    3.2.3 小结  81-84
第四章 高能对撞机上的中性Higgs对产生现象学  84-110
  4.1 最小超对称标准模型下γγ直线对撞机上中性Higgs玻色子对产生  85-101
    4.1.1 总截面的解析计算  85-91
    4.1.2 数值结果和讨论  91-100
    4.1.3 小结  100-101
  4.2 四代费米子标准模型下LHC上的中性Higgs对产生  101-110
    4.2.1 解析结算  101-104
    4.2.2 数值结果和讨论  104-109
    4.2.3 小结  109-110
第五章 总结  110-112
附录  112-120
  附录A 推导额外维拉氏量所需公式及额外维的费曼规则  112-120
参考文献  120-126

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 原子核物理学、高能物理学 > 高能物理学 > 粒子物理学
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