（理论物理专业论文）在ilc上探测重规范玻色子的可能性.pdf

彰7 9 0 2 1 4 摘要：标准模型( s m ) 虽然已被大量的精确实验所检验，但是它不能解释质量产生 的动力学原因，而且它的标量部分存在平庸性、不自然性等问题因此标准模型仅是一 种低能有效理论，在标准模型之外应该有新物理存在。小h i g g s 理论是重要的新物理的 可能候选者，最小h i g g s ( l h ) 模型是实现小h i 9 9 s 理论基本思想的一种模型l 日模 型预言了s m 粒子以外的规范玻色子z h ，b h 和w 青的存在这些重规范玻色子可能 对某些物理过程产生重要修正，因此能在目前或未来的对撞实验中产生有特征意义的信 号本文具体讨论了重规范玻色子在高能线性e + e 一对撞机( 1 l c ) 上产生的可能物理信 号 在工作部分，我们首先研究了l 日模型预言的重规范玻色子对e 4 - e 一_ t 讥过程的 贡献结果表明，在适当的参数范围内，相对修正参数5 a a 5 ”的值很大可以在未来 的s = 8 0 0 g e v 的i l c 中观测到接下来计算了重规范玻色子对e + e 一_ ，过程 ( ，= l p ，b ，或c ) 的贡献，研究了在未来的、s = 5 0 0 g e v ，r = 3 4 0 f b 。的i l c 实 验中通过这些过程探测新规范玻色子的可能性结果表明，当自由参数取适当值时，可 以探测到这些粒子的信号另外通过e + e 一- 6 6 过程可知0 3 曼r 0 5 时m z 。的探测 上限可达到2 8 t e v ，而通过e - r e 一_ u 过程可知o 6 4 墨c s0 ，7 3 时 彳8 。的探测上限 可达到1 2 6 t e v 然后考虑了e + e 一- p 口日。和e + e 一_ w + w v 口_ u f , f f 过程，计算了 这些粒子对该过程产生截面的贡献结果表明，矿e 一- y p h o 过程的截面与s m 值的 偏差可以与i l c 测量值相比较规范玻色子b h 和z h 对e + e 一- w 。w v p _ p 肼f 过 程的贡献很小，不能在未来的i l c 实验中观测到，最后我们研究了b h ，z h 和w 青通 过e - 7 过程的单态产生，讨论探测这些粒子的可能性结果表明不可以通过e - v i i 信号 探测这些粒子，但在很大参数空间内可以通过衰变道b h ( z h ) - z + 2 一观测到b h 和z h 的信号。 总之我们的研究结果表明很有可能在未来的i l c 上发现这些新粒子的物理迹象 关键词：最小h i g g s 模型，高能e + e 一线性对撞机( i l c ) ，重规范玻色子，自由参数 a b s t r a c t ：a l t h o u g h 曲es t a n d a r dm o d c ( s m ) h a sa c h i e v e dm u c hs u c c e s si nt h ef i e l d o fp a r t i c l ep h y s i c s ，i ti n t r o d u c e sh i g g ss c a l a rf i e l dt oe x p l a i nt h em e c h a n i s mo ft h eb r e a k i n g o f e l e c t r o w e a ks y m m e t r yi ti st h ee l e m e n t a r ys c a l a rf i e l dt h a tg e n e r a t e sas e r i e so fq u e s t i o n s 、 f o re x a m p l e ，i tc r e a t e st h eq u e s t i o n so ft r i v i a l i t ya n du n n a t u r a l n e s s ，e t c t h u s ，t h es mc a n o n l yb ea l le f f e c t i v ef i e l dt h e o r yb e l o ws o m eh i g he n e r g ys c a l et h e r em a yb en e wp h y s i c s b e y o n dt h es ml i t t l eh i g g st h e o r yi so n eo ft h ei m p o r t a n tp r o m i s i n gc a n d i d a t e so fn e w p h y s i c s t h el i t t l e s th i g g s ( l h ) m o d e lh a sb e e nc o n s t r u c t e db a s e do nt h ei d e a so ft h el i t t l e h i g g st h e o r y ，w h i c hp r e d i c t st h ee x i s t e n c eo fn e wh e a v yg a u g eb o s o n sz n ，b ha n d 寿 t h e s ep a r t i c l e sm i g h tp r o d u c ec h a r a c t e r i s t i cs i g n a t u r e sa tt h ep r e s e n ta n df u t u r ec o l l i d e r e x p e r i m e n t s i nt h i sp a p e r ，w es t u d yt h es i g n a t u r e so ft h e s en e wp a r t i c l e si nt h ef u t o r e h i g h e n e r g yl i n e a re + e c o l l i d e r s ( i l c ) a tf i r s t ，w ec o n s i d e rt h ec o n t r i b u t i o u so f t h e s en e wp a r t i c l e st ot h eh i g g sb o s o np r o d u c - t i o na s s o c i a t e dw i t ht o pq u a r kp s i ri nt h ef u t u r e 儿刀w ef i n dt h a t f o rr e a s o n a b l ev a l u e s o ft h ef r e ep a r a m e t e r s ，t h ea b s o l u t ev a l u eo ft h er e l a t i v ec o r r e c t i o np a r a m e t e r6 口| 庐m c a nb es i g n i f i c a n l yl a r g e ，w h i c hm i g h tb eo b s e r v e di nt h ef u t u r ei l ce x p e r i m e n tw i t h v s = 8 0 0 g e v s e c o n d ，w ec a l c u l a t et h ec o n t r i b u t i o n so f t h e s en e wp a r t i c l e st ot h ep r o c e s s e s e + e 一_ + ，w i t hf = t ，“b ，o rca n ds t u d yt h ep o s s i b i h t yo fd e t e c t i n gt h e s en e wp a r t i c l e s v i at h e s ep r o c e s s e si nt h ef u t u r ei l ce x p e r i m e n t sw i t h 、i = 5 0 0 g e va n d = 3 4 0 1 b w jf i n dt h a t 。w i t hr e a s o n a b l ev a l u e so ft h ef r e ep a r a m e t e r ，t h ep o s s i b l es i g n a l so ft h e s e n e wp a r t i c l e sm i g h tb ed e t e c t e dt h ez hm a s sm z hc a nb ee x p l o r e du pt o2 8 t e vv i a t h ep r o c e s se + e 一- + b bf o r0 3 e 0 5a n dt h eb hm a s sm b hc a nb ee x p l o r e du pt o 1 2 6 t e vv i at h ep r o c e s se + e 一_ + “f o r06 4 c ， 0 时，拆量粒子的势引发了电弱对称性破缺，产生了h 和场的真空期望 值：( h o ) = 2 ，( i o ) = 其中： 扛再鼍再，u ，= 游芋 h i g g s 场 和的规范本征态可以用其质量本征态表示为： h o= ( c o i l s o 西o + u ) 、压+ i ( c p g o s p 垂9 ) 压， 扩 = ( s p l 宇十c p , i ) p ) 、互一i ( s o h + c o 垂。十、压u ) 、压 h + = c + g + 一8 + 中+ ，西+ = ( s + g + + 。+ 壬+ ) l i ， 击+ + = 壬+ + i ( 23 9 ) ( 2 4 0 ) 这里利用以下符号来表示质量本征态：h 和圣。为中性标量粒子，西9 为中性赝标量粒 子，西+ 和垂+ + 分别为带一个电荷和两个电荷的标量粒子，g + 和g o 为哥尔斯通玻色 子，它们被i 仡和z l 吃掉，成为其质量分量注意在定义质量本征态时从中提出了 一个公因子i 从v e v 中可以很容易的提出赝标量粒子和带两个电荷的标量粒子的混合角： s ，= 淼= z 以等，c ，= 南= 一a 万i ) r 2 ， 斗= 蒜= 2 尘，旷万丽t i v = 1 2 警( 一2 4 d 斗2 丽葡蝴一，c + 2 丽丽叫卅万 把质量项对角化可以给出v s 量级的中性标量粒子的混合角： s 。= 。以等，c o = - 一a 警 把h i g g s 质量矩阵对角化，就可得出h i g g s 的质量z 踞! a 护，2 ， f 吾竺2 ( ”一 z t 护) 2 = 2 p 2 ( 24 2 ) ( 2 4 3 ) 在实验允许的范围内，要想不产生，量级的三重态v e v 就要 妒 o 要得到m 备 0 的电弱对称性破缺的确切真空，要求a a i d 1 。在展开式的第一项，三重态质量 简并： 瑶= 字目南羽 ( 2 t a ) 第二章l h 模型的理论综述 3 这样就可以根据参数，m 盖，u 和u 来表示h i g g s 势中的四个参数要使三重态质 量平方为正，则有： ，2u 2 ( 丽 ( 24 5 1 h i g g s 三重态和有质量的规范玻色于之间的耦合具有压低因子u ，而荷电h i g g s 玻色 子与光子的耦合是电动机制的 2 2费米子及其相互作用 2 2 1 汤川相互作用 s m 费米子通过h i g g s 机制获得质量，顶夸克与h i g g s 场的汤j l i r a 合很大，因此 对h i g g s 玻色子的质量产生了一个y t a ；( 1 6 ”2 ) 一，2 形式的二次修正，这破坏了h i g g s 玻色子的自然性l h 模型引入一系列重费米子，它们通过与h i g g s 场耦合来抵消顶夸 克产生的二次发散新费米子以类矢量对i 和t ”的形式存在其量子数为：( 3 ，1 ) h 和 ( i ，1 ) 一k ，具有，量极的棵质量项s m 顶夸克与赝标哥尔斯通玻色子的耦合以及l 日 模型中的类矢量对为 17 】： c y = ；w 嘞啦芦舭# + 树撑。+ h ， ( 2 4 6 ) 其中戤= ( b a ，b ，f ) ，e l 北和。为反对称张蕾a 1 前面有归一化因子1 2 把e 场 展开可以给出标量粒子和夸克的相互作用： f = 沁，驴+ i a ， _ 6 3 锄+ + ；( 锄一”+ “矿) 埘 吨i 以肌抄矿十瓶护踟u ( 2 4 7 ) + ，+ ；( m 一坩 + 2 扩- - + 2 m 一+ 2 删切螂地c 由于方程( 2 4 6 ) 引进了味( 反) 对称性，抵消了单圈级t 3 ，i 和u 引起的h i g g s 质量的 二次发散，如方程( 2 4 7 ) 所示： 出( 锄+ i 露一；舻舻母“# 地c ， 类矢量夸克的质量是可以任意调节的为了保持自然性可以把它定为a z ，一旦确定了 它的值，就可以抵消辐射修正这里假设新的模型参数 ，沁是么正的 拉氏量厶包含，量级的质量项，并且使f 与p 。和“# 的线性结合相耦合定义p 和u 的混合为： 矿= i 历亏；手i i a ：p 。+ a ，“爹) ， “； ( 2 4 8 j 第二章l h 模型的理论综述 把重费米子的质量项对角化： l 4 c ，= ， + 碍舻= _ m 矿 ( 24 9 ) 拉氏量剩余的项为： c ，2 ：了；熹 。n + 护+ 如铲尹】一：；赣f 。一+ n ；+ t s h 。u 】 + 了焉蠢如m 圹矿十+ 胪矿) n f 3 ( 圹+ + 锄“。) i c i ( h + 、h 、- + 。 + 2 + + 毋一一+ 2 毋+ 妒一+ 2 母。矿呐) 扩1 + 筛7 1 陟( 锄秒+ 川矿) u 鼬命+ 以护幽u ； 一f ( + 一+ 。 。+ 2 毋+ + 曲一一+ 2 庐+ 妒一十2 曲。西。) 札；】+ 。( 去) + 25 0 ) 电弱对称性破缺产生了重费米子质量项： ”t ，厕一志羔叶盼1 铷p 一羔蒡峥滞”簧c 中1 铷瞒s ， b 嵋和b 乎质量项的因子i 可以吸收到左手夸克二重态中，为简单起见，不可忽略 这些质量项对角化后。可以得到物理顶夸克f 和新的重夸赢t ： 一志卜箬志旷1 志儿 一志箬志c ；+ 志n s 。= 一；鑫；f 卜薯c i 一等一j 1 采岛儿 。l ：1 一差忐 ( 25 3 ) 2 卜矛两干南 ( 2 。5 3 ) 相应的质量为： m c = 孺i a l 霞a 2 小+ 争j 1 + 等+ j 1 志( 帆2 丽霁霹” 1 + 乒卜j + + j 商1 蜥= 一，瓶蔬( 1 + 。( 锄 ( 2 5 4 j 弛严护 跑 船 一 +谐瞄 i | i j 蝠赡 _“，一 乩 屯 一 十b 幻 屯 札 = | | 札死 中其 第二章l h 模型的理论综