對撞機上的Higgs物理唯象研究.pdf

1、Higgs場無論是在標準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Higgs機制為規(guī)范玻色子提供質量，也可以通過Yukawa耦合為物質費米子提供質量。雖然過去數十年里，大量實驗和理論研究均表明標準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數據依然存在的微小差別及其自身的缺陷都預示著仍然可能會有新物理存在。所以，在新物理框架內繼續(xù)深入研究Higgs物理依然是當今粒子物理研究的前沿課題。
　　本系

2、列工作第一部分是關于λ-SUSY模型下的Higgs物理唯象學以及LHC上Higgs對產生過程研究。λ-SUSY模型是λ取值在1.0附近、tanβ取值通常小于10的次最小超對稱模型(NMSSM)，是一種相對來說更為自然的超對稱理論。隨著Higgs數據的持續(xù)更新，ATLAS和CMS兩個實驗組的結果日趨接近，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的參數空間，并要求所得存活

3、事例滿足各種理論和實驗限制（包括ATLAS和CMS在2014年夏天更新的Higgs數據），然后研究Higgs玻色子的性質。關于λ-SUSY的研究表明:
　　關于最輕的標量Higgs玻色子(h1)，即類標準模型Higgs(h)，有如下結論:
　　2014年的Higgs數據依然允許h中含有較多的單態(tài)成分，最高可達25％，同時非標準模型的二重態(tài)成分被限制在1％以下;對于h與光子γ、規(guī)范玻色子Z以及頂夸克的相互作用，計算歸一化后的耦

4、合系數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（95％置信水平）。h的三線性自耦合強度相對于標準模型能夠被抬高10倍以上;考慮理論自然性后，所允許的抬高幅度有所降低。
　　關于次輕的標量Higgs玻色子(h2)，有如下結論:
　　理論的自然性要求并不傾向于mh2高至TeV量級。當mh2低于500GeV時，h2的組成成分基本接近于純單態(tài)或者純非標準模型二重態(tài)。對于單態(tài)成分為主的h

5、2，質量可以最輕可達150GeV，但其與標準模型費米場的耦合非常弱，因此唯象研究意義不大。對于非標準模型二重態(tài)成分為主的h2，質量最輕可至200GeV;歸一化后的耦合系數|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。這說明當tanβ取值很小時，h2gg耦合可能會非常接近于標準模型的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，h2→hh可以成為

6、h2的主要衰變方式。
　　對于LHC上的Higgs成對產生過程pp→hh截面，主要存在三種抬高機制:標量頂夸克的圈圖修正，h2的共振效應（s-道）以及h的強自耦合效應。在這些機制的共同作用下，λ-SUSY模型里的Higgs對產生過程的截面相對于標準模型可以提高100倍以上。LHC再次運行之后，可能藉此效應來檢驗λ-SUSY模型。
　　本系列工作第二部分關于在最小脹子模型(MDM)下的未來Higgs工廠(TLEP)上Zh聯(lián)合產

7、生過程研究。MDM是在標準模型基礎上擴充一個單態(tài)標量dilaton場和一個類矢量頂夸克伴場。本文先將滿足各種理論和實驗限制的存活事例同LHC的Higgs數據進行比較。再針對1σ范圍內的事例，計算其在Higgs工廠（√s=240GeV）上的Zh聯(lián)合產生過程e+e-→Zh的產生截面（包含圈圖修正），以及h隨之衰變到(b)b和γγ的產生信號。關于MDM的研究結果表明:
　　在重dilaton情況下，σ(e+e-→Zh)相對標準模型預言值

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可能較大。Higgs工廠上的e+e-→Zh過程以及LHC（√s=14TeV）上的pp→hh過程也能夠限制MDM的參數空間。如果要求σ(e+e-→Zh)相對于標準模型預言值偏離不超過1％，且σ(pp→hh)相對于標準模型預言值偏離不超過50％，MDM模型的tanθs就被限制在-0.1＜tanθs＜0.3范圍內，(b)b和γγ信號也將被分別

9、限制在|R(b)b|＜2％和|Rγγ|＜7％范圍內，Higgs自耦合也被限制在Chhh/SM＜4.0范圍內。
　　在輕dilaton情況下，σ(e+e-→Zh)相對標準模型預言值偏離可達-7％，如果進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Zh聯(lián)合產生過程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。結果顯示一個較大的