宇宙學(xué)和高能對(duì)撞機(jī)上若干新物理的唯象研究.pdf

1、標(biāo)準(zhǔn)模型(SM)，是描寫強(qiáng)相互作用和電弱相互作用的SU(3)c()SU(2)L()U(1)Y規(guī)范理論。它在過(guò)去的三十多年中得到了充分的檢驗(yàn)。電弱統(tǒng)一理論所預(yù)言的弱中性流的發(fā)現(xiàn)為Weinberg和Salam(并DGlashow一起)贏得了1979年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；其后的中間玻色子(W±和Z)在實(shí)驗(yàn)上被觀測(cè)到又為Rubbia和Vander Meer帶來(lái)了1984年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；漸進(jìn)自由則為David J.Gross，H.DavidPo

2、litzer以及Frank Wilczek獲取了2004年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。迄今為止在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，在所有反應(yīng)中標(biāo)準(zhǔn)模型的理論預(yù)言與數(shù)據(jù)符合得非常好，這些都使我們確信標(biāo)準(zhǔn)模型是描述TeV能區(qū)(也許可以擴(kuò)展到更高能區(qū))的正確理論。然而，標(biāo)準(zhǔn)模型仍存在著一些根本性的問(wèn)題，比如理論中存在太多的參數(shù)需要實(shí)驗(yàn)確定；標(biāo)準(zhǔn)模型中著名的等級(jí)性(hierarchy)問(wèn)題等等，但是最為關(guān)鍵的問(wèn)題是，負(fù)責(zé)弱電自發(fā)破缺的Higgs機(jī)制預(yù)言了至少有一個(gè)中性Hi

3、ggs玻色子存在，而這個(gè)起關(guān)鍵作用的Higgs粒子在實(shí)驗(yàn)上至今也沒(méi)有被找到。這就為超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理留下了存活的空間。目前，人們提出了許多新物理理論，譬如：Technicolor(TC)理論，Little Higgs理論等等。Technicolor是一個(gè)沒(méi)有Higgs粒子的理論，基本思想是：引入一種新的漸進(jìn)自由的類似QCD的強(qiáng)相互作用和具有強(qiáng)相互作用的新費(fèi)米子(TC費(fèi)米子)。在一個(gè)高的能量標(biāo)度，TC費(fèi)米子發(fā)生凝聚，以此來(lái)代替標(biāo)準(zhǔn)模型中

4、的Higgs玻色子，從而實(shí)現(xiàn)電弱對(duì)稱性到電磁對(duì)稱性的動(dòng)力學(xué)破缺。因此它很自然地解決了標(biāo)準(zhǔn)模型中的一些理論問(wèn)題。不過(guò)，最初的TC模型自身也存在著不少的問(wèn)題。為了給費(fèi)米子提供質(zhì)量而不產(chǎn)生大的味改變中性流，致使人們?nèi)?gòu)想“走動(dòng)”的人工色理論(Walking TC)。而為了給頂夸克提供大的質(zhì)量而沒(méi)有大的ΔΓb和T修正，人們又提出了頂色輔助的人工色理論(TC2)。
　　 top—pion(П0，±)和top-Higgs(HTC)是TC2模

5、型所預(yù)言的特征粒子。因此，實(shí)驗(yàn)上如果能夠發(fā)現(xiàn)這些粒子則可以認(rèn)為是對(duì)TC2模型的直接驗(yàn)證。我們?cè)诠ぷ髦醒芯苛诉@些特征粒子在ILC上單圈水平上的成對(duì)產(chǎn)生的過(guò)程，即e+e－→HTCП0和e+e-→+П+П[1，2]。研究表明，兩者的產(chǎn)生截面在大多數(shù)的參數(shù)空間可達(dá)到數(shù)十個(gè)fb的量級(jí)，同時(shí)這些過(guò)程都還有著相當(dāng)明顯的NLO修正。另外，我們還研究了gg→HTC在LHC的生成過(guò)程，結(jié)果表明和標(biāo)準(zhǔn)模型的類似過(guò)程gg→h相比較，前者的生成率要高得多；即使是

6、和TC2模型中的另外一個(gè)中性標(biāo)量粒子的生成過(guò)程gg→+∏0[3]相比較，gg→HTC的產(chǎn)生率也要高出一些。因此，這個(gè)產(chǎn)生道在即將運(yùn)行的LHC上的觀測(cè)是值得人們期待的。
　　 在高能物理領(lǐng)域，宇宙學(xué)的研究是和加速器物理一樣重要的。宇宙學(xué)面臨的一個(gè)重大的挑戰(zhàn)就是暗物質(zhì)的問(wèn)題，而在標(biāo)準(zhǔn)模型中人們卻找不到暗物質(zhì)合適的候選者。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們提出了各種各樣的理論。
　　 在帶有T宇稱的Littlest Higgs模型中，電中

7、性的重光子AH的質(zhì)量最輕，同時(shí)其T宇稱為奇，在T宇稱守恒的前提下，它是穩(wěn)定不衰變的。因此重光子可以被視為是WIMP冷暗物質(zhì)的一個(gè)理想的候選者。
　　 我們?cè)谖闹型ㄟ^(guò)使用玻爾茲曼時(shí)間演化方程對(duì)重光子在宇宙中的殘留量進(jìn)行了估算[4]。計(jì)算的結(jié)果表明當(dāng)Higgs的質(zhì)量取300 GeV并在不考慮T宇稱破缺的前提下只有兩個(gè)比較窄的范圍133