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在新一代线性光子对撞机中的单个带电Higgs粒子的产生

作　者: 陈刚
导　师: 方祯云；有炳全
学　校: 重庆大学
专　业: 理论物理
关键词: 标准模型(SM) Two-Higgs-Doublet 散射截面 Feynman规则最小超对称模型(MSSM) Yukawa耦合
分类号: O572.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

在标准模型中,弱电对称性破缺机制(Higgs机制)具有至关重要的地位,它在理论上和实验上都具有很大的指导意义。而对Higgs粒子的观测对于理解和明确弱电对称性破缺机制是至关重要的。尽管,标准弱电模型经过几十年的发展,取得了巨大的成功。其大部分理论预言已被实验所证实。但是,标准模型的基本原则之一---自发对称破缺,还待实验证实。在标准模型中,Higgs部分只包含一个中性的标量Higgs粒子(即单个Higgs二重态), 而且Higgs粒子的质量不能由标准模型理论本身确定。标准模型的这些的缺陷都是值得进一步研究的,目前一些新的理论模型提出了解决这些缺陷的方法。如超对称模型和两个Higgs二重态模型。最小超对称模型(MSSM)和两个Higgs二重态模型(2HDM)是标准模型的两种最简单得的扩充,在这两种扩充中,由Higgs二重态构成的Higgs部分经弱电破缺后形成五个Higgs粒子:三个中性Higgs玻色子()和两个带电玻色子()。带电Higgs玻色子是超出标准模型的新物理的一个明确的标志。在这些模型中都对弱电对称破缺(EWSB)进行了扩充,使得在弱标度下,带电Higgs玻色子是对应模型质谱的一部分。带电Higgs玻色子的电弱规范相互作用通常取决于它的电荷及弱-同位旋,同时带电Higgs玻色子的Yukawa耦合依赖于模型并能在高能对撞中形成带电Higgs玻色子的新的产生机制。大多数描述EWSB机制的理论通常分为两类:超对称理论(描述基本的Higgs标量)和动力学理论(描述复合的Higgs标量)。最小超对称SM(MSSM)和动力学的Top-color模型就是这两类的例子。我们将看到,在这些模型中与第三代夸克和轻子相联系的Yukawa耦合系数比较大,并且能区分。因此,我们能够通过对极化光子对撞中单个带电Higgs粒子产生几率的测量来验证这些色对称破缺的模型。对于一个较轻的带电Higgs玻色子,其质量低于大约170GeV时,带电Higgs玻色子可以在强子对撞中通过top夸克衰变产生,即:。这种过程在Fermilab Tevatron 和CERN 的大型强子对撞机(LHC)上都能产生. 对于,在Tevatron和LHC上带电Higgs粒子可以通过下列产生过程:,和等探测到。在Tevatron中熔合形成的相关产生的探测是很困难的,原因是由于它的产生几率很小。但是,对于时,在LHC中该过程是可观测的。由产生是有利的,它有较大的产生几率;并且在对撞中Yukawa耦合系数并不是很小的情况下也能探测到。过程由圈修正产生,一般情况下产生重的的几率很小,除非它的几率通过s-通道被加强,比如:。类似的,在一般的两个Higgs二重态(THDM)<WP=5>中,过程的几率是相当小的。如果是在一个三重态表示中,顶角能在树图级拉氏量中出现破缺项。但是,由于对-参数有很强的实验限制,它的强度很小。因而,中的产生几率也不可能很大。在核子对撞中,带电Higgs玻色子还能够通过s-道熔合成对产生。但是,当增加时,成对带电Higgs产生的几率一般都比通过单个带电Higgs产生机制预言的小。如果带电Higgs玻色子的小于线性对撞的质心能量,可以通过散射过程和成对产生。对的产生几率取决于的弱电规范作用,而的弱电规范作用只依赖于它的电荷和弱-同位旋。当时,带电Higgs玻色子不可能成对产生。在这种情况下,带电Higgs玻色子的主要产生机制是单个带电Higgs玻色子的产生过程,比如圈过程和树图过程以及。在上述树图过程中的产生几率取决于与费米子的Yukawa耦合系数。在电子对对撞中,单个带电Higgs产生过程的散射截面一般比较小,因为单个是经s-道过程产生。而在光子对对撞中,单个带电Higgs的散射截面由于t-道图的出现而被提高。众所周知,研究高能极化光子对对撞的一个主要目的是决定中性Higgs玻色子的CP性质。在本文中,我们主要讨论在两个Higgs二重态模型(2HDM)中光子对对撞产生单个带电Higgs玻色子的树图级散射截面同Higgs质量和的关系规律。主要针对过程的树图级散射截面的计算,在理论上说明带电Higgs的相关性质---带电Higgs质量的大致范围,同费米子的Yukawa耦合等。结果发现,当保持不变时,散射截面随着的增加而增加(),散射截面得大致数量级为。当保持不变时,随着的增加散射截面随之减小,由此可大致得出的范围在100GeV到1TeV左右。

全文目录

中文摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
1 Introduction  10-14
  1.1 background  10-12
  1.2 motivation  12-14
2 An Introduction of The Standard Model  14-23
  2.1 The Definition of The Standard Model  14-16
  2.2 The Standard Model Higgs  16-21
    2.2.1 Spontaneous symmetry breaking  17-18
    2.2.2 The Higgs mechanism  18-21
  2.3 The Shortcoming of The Standard Model  21-23
3 Extension of the Standard Model(SM)-Two Higgs Doublet Model (2HDM)  23-36
  3.1 Theoretical Structure of Two Higgs Doublet Model (THDM)  24-26
  3.2 Yukawa coupling in THDM  26-29
  3.3 the Difference of 2HDM under Model II and Model III  29-32
  3.4 Electroweak Symmetry Breaking in the MSSM  32-36
4 The Feynman Rule and Feynman diagram of yy→t(b|-)H~+,(tb|-)H~-  36-39
  4.1 The lagrangian of Two Higgs Doublets Model  36
  4.2 Feynman rule of the process  36-38
  4.3 Tree-Level diagram of the process: yy→t(b|-)H~+,(tb|-)H~-  38-39
5 The Tree-Level Calculation of the process:yy→t(b|-)H~- and yy→(tb|-)H~+  39-46
  5.1 The Calculation of Feynman Amplitude  39-42
  5.2 The Calculation of Differential and Total Cross-section of the process:yy→t(b|-)H~-  42-46
6 The result and Discuss  46-50
Acknowledgements  50-51
致谢  51-52
Reference  52-56
Appendix  56-57

在新一代线性光子对撞机中的单个带电Higgs粒子的产生

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