Higgs耦合特性的現(xiàn)象學(xué)研究.pdf

1、1954年，楊振寧和米爾斯(R．L．Mills)提出了非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)的理論，定域?qū)ΨQ(chēng)性就成為相互作用力和基本粒子結(jié)構(gòu)的本源。1964年，Peter Higgs將凝聚態(tài)相變的觀(guān)念，引進(jìn)到場(chǎng)論形成真空相變和對(duì)稱(chēng)性自發(fā)破缺的概念，使得統(tǒng)一性和多樣性得以結(jié)合，對(duì)稱(chēng)性原本相同的粒子，在對(duì)稱(chēng)性自發(fā)破缺以后，可以獲得不同的質(zhì)量，從而造就了今天千姿百態(tài)的世界。在這個(gè)基礎(chǔ)之上，格拉肖(Sheldon Glashow)、溫伯格(steven Weinber

2、g)和薩拉姆(Aldus Salam)用SU(2)×U(1)群的對(duì)稱(chēng)性和規(guī)范場(chǎng)，統(tǒng)一了弱相互作用和電磁相互作用，形成了由三代夸克和輕子，三種相互作用力的傳播子，膠子、光子、W和Z粒子組成的標(biāo)準(zhǔn)模型。標(biāo)準(zhǔn)模型和實(shí)驗(yàn)符合得很好，遺憾的是引發(fā)對(duì)稱(chēng)性自發(fā)破缺性的Higgs玻色子可能質(zhì)量太大，在目前的加速器實(shí)驗(yàn)中間，還沒(méi)有觀(guān)察到． 標(biāo)準(zhǔn)模型雖然已經(jīng)取得了巨大的成功，但是仍然存在諸多問(wèn)題，其中之一就是Higgs玻色子質(zhì)量的平方發(fā)散問(wèn)題一等級(jí)

3、差問(wèn)題，目前構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模型以外新物理主要的動(dòng)機(jī)就是解決電弱能標(biāo)和普朗克能標(biāo)之間的等級(jí)差問(wèn)題和微調(diào)問(wèn)題。nttlest Higgs模型通過(guò)引入一系列與標(biāo)準(zhǔn)模型規(guī)范玻色子具有相同的量子數(shù)的重規(guī)范玻色子，以及一個(gè)重的T夸克，以消除標(biāo)準(zhǔn)模型的規(guī)范玻色子圈和top夸克圈引起的Higgs粒子質(zhì)量的平方發(fā)散。在LH模型中，Higgs機(jī)制仍然是一塊不可或缺的基石，通過(guò)對(duì)Higgs三線(xiàn)性自耦合的測(cè)量，得以研究Higgs勢(shì)并揭示對(duì)稱(chēng)性自發(fā)破缺和Higgs粒子

4、質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)制的細(xì)節(jié)．由于top夸克的質(zhì)量很重，壽命極短，往往來(lái)不及束縛成強(qiáng)子就已經(jīng)發(fā)生衰變，因此對(duì)新物理十分敏感。由于top夸克優(yōu)良的特性，使得FCNC耦合成為top夸克研究的重要領(lǐng)域。標(biāo)準(zhǔn)模型的各種擴(kuò)展模型中預(yù)言的新粒子將出現(xiàn)在圈中因而對(duì)味道改變的過(guò)程產(chǎn)生重要貢獻(xiàn)。任何與標(biāo)準(zhǔn)模型的觀(guān)測(cè)結(jié)果相偏離的FCNC耦合毫無(wú)疑問(wèn)將預(yù)示新物理的存在。 超對(duì)稱(chēng)理論引入了擴(kuò)展的時(shí)空對(duì)稱(chēng)性，由費(fèi)米性和玻色性的伴隨子之間的對(duì)稱(chēng)性來(lái)消除了Higgs粒

5、子質(zhì)量的平方發(fā)散。在Higgs玻色子的諸多耦合特性中，它與費(fèi)米子的耦合強(qiáng)度是與費(fèi)米子質(zhì)量成比例的，top夸克是最重的費(fèi)米子，因此，top夸克Yukawa耦合的測(cè)量應(yīng)該是最容易的。最小超對(duì)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)模型下e<'+>e<'->→tth<'0>過(guò)程的研究為比較MSSM和SM的Yukawa耦合提供了一個(gè)很有效的途徑．由于標(biāo)準(zhǔn)模型中并不存在帶電的標(biāo)量玻色子部分，因此， MSSM的帶電Higgs玻色子扮演著非常重要的角色，實(shí)驗(yàn)上，它的發(fā)現(xiàn)就預(yù)示著標(biāo)準(zhǔn)模

6、型以外新物理的存在。帶電Higgs玻色子的一種很重要的產(chǎn)生機(jī)制就是單個(gè)產(chǎn)生，其中帶電Higgs玻色子和帶電規(guī)范玻色子W 產(chǎn)生過(guò)程e<'+>e<'->→φ<'0>H<'±>W (φ<'0>=h<'0>，H<'0>，A<'0>)是研究中性Higgs玻色子(h<'0>，H<'0>或A<'0>)，帶電Higgs玻色子和規(guī)范玻色子(W<'±>)之間的相互作用的一個(gè)優(yōu)秀的途徑，同樣也是研究帶電Higgs玻色子特性的重要候選反映道。本論文的創(chuàng)新之處如

7、下： ·本論文首次詳細(xì)地研究了Littlest Higgs模型的新物理對(duì)中性Higgs粒子對(duì)在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的產(chǎn)生過(guò)程pp→H<'0>H<'0>，以及top夸克的FCNC味道改變稀有衰變過(guò)程t→cH<'0>的效應(yīng)，為Higgs玻色子自相互作用的研究提供了重要的理論指導(dǎo)．同時(shí)自行獨(dú)立推導(dǎo)Littlest Higgs模型部分頂點(diǎn)。 ·直線(xiàn)對(duì)撞機(jī)上tth<'0>的聯(lián)合產(chǎn)生過(guò)程為Yukawa耦合強(qiáng)度的測(cè)量提供了很重要的手段，為

8、比較不同模型下Yukawa耦合特性的差異，精確的理論計(jì)算十分必要．本文首次精確的地計(jì)算了最小超對(duì)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)模型下e<'+>e<'->→tth<'0>過(guò)程的單圈階電弱輻射修正，并分別在相空間積分和傳播子上采用不同的Higgs粒子質(zhì)量以保證計(jì)算的規(guī)范不變性． ·帶電的Higgs玻色子是標(biāo)準(zhǔn)模型中沒(méi)有的，因此，帶電Higgs粒子的發(fā)現(xiàn)就是新物理存在的最有力的證據(jù)，為確定帶電Higgs粒子是否來(lái)自于MSSM，高階輻射修正的研究就顯得很有必要