對(duì)撞機(jī)上的Higgs物理唯象研究.pdf

1、Higgs場(chǎng)無(wú)論是在標(biāo)準(zhǔn)模型里還是新物理模型里都扮演著十分重要的角色，不僅可以通過(guò)Higgs機(jī)制為規(guī)范玻色子提供質(zhì)量，也可以通過(guò)Yukawa耦合為物質(zhì)費(fèi)米子提供質(zhì)量。雖然過(guò)去數(shù)十年里，大量實(shí)驗(yàn)和理論研究均表明標(biāo)準(zhǔn)模型在描述低能電弱物理方面是成功的，但其與目前LHC的Higgs數(shù)據(jù)依然存在的微小差別及其自身的缺陷都預(yù)示著仍然可能會(huì)有新物理存在。所以，在新物理框架內(nèi)繼續(xù)深入研究Higgs物理依然是當(dāng)今粒子物理研究的前沿課題。
　　本系

2、列工作第一部分是關(guān)于λ-SUSY模型下的Higgs物理唯象學(xué)以及LHC上Higgs對(duì)產(chǎn)生過(guò)程研究。λ-SUSY模型是λ取值在1.0附近、tanβ取值通常小于10的次最小超對(duì)稱模型(NMSSM)，是一種相對(duì)來(lái)說(shuō)更為自然的超對(duì)稱理論。隨著Higgs數(shù)據(jù)的持續(xù)更新，ATLAS和CMS兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果日趨接近，存活事例的x2相比以前工作整體上都有大幅下降，對(duì)理論自然性的討論的重要作用日趨顯現(xiàn)。本文首先掃描了λ-SUSY的參數(shù)空間，并要求所得存活

3、事例滿足各種理論和實(shí)驗(yàn)限制（包括ATLAS和CMS在2014年夏天更新的Higgs數(shù)據(jù)），然后研究Higgs玻色子的性質(zhì)。關(guān)于λ-SUSY的研究表明:
　　關(guān)于最輕的標(biāo)量Higgs玻色子(h1)，即類標(biāo)準(zhǔn)模型Higgs(h)，有如下結(jié)論:
　　2014年的Higgs數(shù)據(jù)依然允許h中含有較多的單態(tài)成分，最高可達(dá)25％，同時(shí)非標(biāo)準(zhǔn)模型的二重態(tài)成分被限制在1％以下;對(duì)于h與光子γ、規(guī)范玻色子Z以及頂夸克的相互作用，計(jì)算歸一化后的耦

4、合系數(shù)Chγγ/SM、ChZZ/SM和Ch(t)t/SM，它們偏離1的程度均被限制在15％以內(nèi)（95％置信水平）。h的三線性自耦合強(qiáng)度相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)模型能夠被抬高10倍以上;考慮理論自然性后，所允許的抬高幅度有所降低。
　　關(guān)于次輕的標(biāo)量Higgs玻色子(h2)，有如下結(jié)論:
　　理論的自然性要求并不傾向于mh2高至TeV量級(jí)。當(dāng)mh2低于500GeV時(shí)，h2的組成成分基本接近于純單態(tài)或者純非標(biāo)準(zhǔn)模型二重態(tài)。對(duì)于單態(tài)成分為主的h

5、2，質(zhì)量可以最輕可達(dá)150GeV，但其與標(biāo)準(zhǔn)模型費(fèi)米場(chǎng)的耦合非常弱，因此唯象研究意義不大。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)模型二重態(tài)成分為主的h2，質(zhì)量最輕可至200GeV;歸一化后的耦合系數(shù)|G2(t)t/SM|≥0.2，最高值比1略小;|Ch2(b)b/SM|通常都比1大，最高值甚至可以到6。這說(shuō)明當(dāng)tanβ取值很小時(shí)，h2gg耦合可能會(huì)非常接近于標(biāo)準(zhǔn)模型的hgg耦合。h2不論是單態(tài)成分為主還是二重態(tài)成分為主，h2hh耦合都可能非常強(qiáng)，h2→hh可以成為

6、h2的主要衰變方式。
　　對(duì)于LHC上的Higgs成對(duì)產(chǎn)生過(guò)程pp→hh截面，主要存在三種抬高機(jī)制:標(biāo)量頂夸克的圈圖修正，h2的共振效應(yīng)（s-道）以及h的強(qiáng)自耦合效應(yīng)。在這些機(jī)制的共同作用下，λ-SUSY模型里的Higgs對(duì)產(chǎn)生過(guò)程的截面相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)模型可以提高100倍以上。LHC再次運(yùn)行之后，可能藉此效應(yīng)來(lái)檢驗(yàn)λ-SUSY模型。
　　本系列工作第二部分關(guān)于在最小脹子模型(MDM)下的未來(lái)Higgs工廠(TLEP)上Zh聯(lián)合產(chǎn)

7、生過(guò)程研究。MDM是在標(biāo)準(zhǔn)模型基礎(chǔ)上擴(kuò)充一個(gè)單態(tài)標(biāo)量dilaton場(chǎng)和一個(gè)類矢量頂夸克伴場(chǎng)。本文先將滿足各種理論和實(shí)驗(yàn)限制的存活事例同LHC的Higgs數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。再針對(duì)1σ范圍內(nèi)的事例，計(jì)算其在Higgs工廠（√s=240GeV）上的Zh聯(lián)合產(chǎn)生過(guò)程e+e-→Zh的產(chǎn)生截面（包含圈圖修正），以及h隨之衰變到(b)b和γγ的產(chǎn)生信號(hào)。關(guān)于MDM的研究結(jié)果表明:
　　在重dilaton情況下，σ(e+e-→Zh)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言值

8、的偏離為-15％到85％，原因在于樹圖層次上hZZ耦合的改變以及Higgs自耦合作用引入的圈圖修正貢獻(xiàn)可能較大。Higgs工廠上的e+e-→Zh過(guò)程以及LHC（√s=14TeV）上的pp→hh過(guò)程也能夠限制MDM的參數(shù)空間。如果要求σ(e+e-→Zh)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言值偏離不超過(guò)1％，且σ(pp→hh)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言值偏離不超過(guò)50％，MDM模型的tanθs就被限制在-0.1＜tanθs＜0.3范圍內(nèi)，(b)b和γγ信號(hào)也將被分別

9、限制在|R(b)b|＜2％和|Rγγ|＜7％范圍內(nèi)，Higgs自耦合也被限制在Chhh/SM＜4.0范圍內(nèi)。
　　在輕dilaton情況下，σ(e+e-→Zh)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言值偏離可達(dá)-7％，如果進(jìn)一步要求其偏離不大于1％，則有0＜tanθs＜0.1以及-10％＜R(b)b、Rγγ＜1％。
　　此外還討論了MDM模型中t'粒子對(duì)Zh聯(lián)合產(chǎn)生過(guò)程e+e-→Zh截面的圈圖修正，并具體介紹了處理紫外發(fā)散的方法。結(jié)果顯示一個(gè)較大的