高能對(duì)撞機(jī)上的Higgs物理——Higgs耦合的精確檢驗(yàn).pdf

1、規(guī)范場(chǎng)論的提出是人類向統(tǒng)一各種相互作用邁進(jìn)的十分引人矚目的一步，標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與基于SU(3)(×)SU(2)(×)U(1)規(guī)范理論的標(biāo)準(zhǔn)模型相符合。然而標(biāo)準(zhǔn)模型理論的另一基石Higgs機(jī)制所預(yù)言的Higgs粒子至今沒在實(shí)驗(yàn)上被發(fā)現(xiàn)。有理由相信標(biāo)準(zhǔn)模型并不是描述物質(zhì)世界的終極理論，它有可能僅是其它更基本理論的一個(gè)低能有效理論。 最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型(MSSM)和大額外維(LE

2、D)模型用不同的方法解決了標(biāo)準(zhǔn)模型的等級(jí)差問題，日益成為物理學(xué)家關(guān)注的標(biāo)準(zhǔn)模型的擴(kuò)展理論。MSSM通過引入超對(duì)稱性和超對(duì)稱粒子來解決等級(jí)差問題。最小超引力(mSUGRA)統(tǒng)一理論不但提供了超對(duì)稱自發(fā)破缺的框架，并且可以減少M(fèi)SSM中大量軟破缺參數(shù)對(duì)理論預(yù)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(zhì)量不超過150GeV。如果最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型正確，h0將必然能夠在LC上探測(cè)到，而且在MSSM的很大參數(shù)空間

3、上，LC將能夠探測(cè)到兩個(gè)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(jí)差問題。時(shí)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(gè)低能近似理論。這個(gè)理論將引力也納入到標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量引力子可以等效于許多在四維時(shí)空傳播的有質(zhì)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(biāo)下可能發(fā)現(xiàn)的新物理做好理論準(zhǔn)備。 未來的直線對(duì)撞機(jī)和強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的主要任務(wù)之一就是尋找Higgs粒子。為了重建Higgs勢(shì)，確定Higgs的耦合性質(zhì)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(zhì)，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(duì)撞機(jī)上，測(cè)量HZZ耦合的主要過程是軔致輻射過程e+e-→ZH；而當(dāng)能量較高時(shí)，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(cè)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(biāo)準(zhǔn)模型樹圖階是不存在的，故而通過上述過程的探測(cè)就顯得更加重要。e+e-→HHZ是探測(cè)Higgs自耦合的首選過程。我們分別在標(biāo)準(zhǔn)模型和大額外維模型中研究了這些過程。Higgs對(duì)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(yàn)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(jì)算了最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型下直線對(duì)撞機(jī)上的中性Higgs對(duì)產(chǎn)生過程，和四代費(fèi)米子標(biāo)準(zhǔn)模型下LHC上的中性Higgs對(duì)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(duì)在LC上的產(chǎn)生過程，全面的計(jì)算討論對(duì)于尋找Higgs粒子，檢驗(yàn)它們的各種耦合性質(zhì)有很重要的意義。計(jì)算中采用mSUGRA參數(shù)，減少了MSSM中大量軟破缺參數(shù)對(duì)理論預(yù)言帶來的任意性，使結(jié)果

7、表達(dá)得非常明晰。 ·我們采用γγ對(duì)撞模式來研究MSSM的中性Higgs對(duì)產(chǎn)生，對(duì)于末態(tài)Higgs粒子總的CP為偶的過程，γγ對(duì)撞模式的產(chǎn)生截面與e+e-對(duì)撞的產(chǎn)生截面相差不大，但光子對(duì)撞模式的質(zhì)心系能量可調(diào)，也不存在s道壓低的問題，因此我們認(rèn)為光子光子對(duì)撞的模式更有優(yōu)越性。 ·e+e-→HZZ過程不僅是探測(cè)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(shí)驗(yàn)上可能成為一些新物理過程的本底，所以

8、對(duì)它的精確研究很有必要。我們研究了這個(gè)過程的單圈階電弱輻射修正，精確的計(jì)算對(duì)于未來LC實(shí)驗(yàn)尋找Higgs粒子以及測(cè)量gZZH具有理論上的指導(dǎo)意義。 ·我們首次在正負(fù)電子的不同極化狀態(tài)下計(jì)算了e+e-→HZZ和e+e-→HHZ兩個(gè)過程的額外維效應(yīng)。e+e-→HHZ是探測(cè)Higgs自耦合的首選過程，因此精確的計(jì)算很有必要。額外維效應(yīng)很大程度上改變了標(biāo)準(zhǔn)模型的截面，尤其是當(dāng)能量高的時(shí)候。另一方面，精確的計(jì)算對(duì)實(shí)驗(yàn)上能探測(cè)到的額外維基本