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标量三重态粒子在高能对撞机上的产生

更新时间 2009-9-16 13:51:03 点击数:

标量三重态粒子在高能对撞机上的产生
Production of the Scalar Triplet at the High Energy Collider Experiments
【中文摘要】 内容摘要:人们普遍认为标准模型是最好的描述弱、电、强三种相互作用的理论,与目前大多数实验符合得很好。但是在标准模型中仍然有许多自身难以解决的问题,如自由参数较多、平庸性、不自然性等问题.另外,在标准模型中,中微子是没有质量的,但是中微子振荡实验证明中微子具有很小的质量,并且是振荡的,这说明标准模型只是一种低能有效理论,超出标准模型之外应该有新物理存在。为了解决标准模型中的问题,人们提出了许多新物理模型,小Higgs理论是近几年比较流行的理论。其中,最小Higgs(LH)模型最简单地实现了小Higgs理论的基本思想.除了标准模型中的粒子外,LH模型还预言了质量为TeV量级的重规范玻色子ZH、BH和WH±,重夸克T以及标量三重态粒子φ.φ和轻子之间能够发生△L=2相互作用,使中微子获得合适的质量.本文主要讨论了双荷标量φ±±在将来三类对撞机(ILC、THERA、LHC)上产生的可能物理信号,为在将来的高能实验中探测LH模型存在的物理迹象提供一些理论依据和指导.我们首先在第四章计算了LH模型预言的双荷标量φ±±对轻子味破坏(LFV)过程如一ljγ和li→ljlklk的贡献.利用li→ljγ ,我们不能得到对耦合常数Yij的限制,但我们能够得到对Y、Y'和Mφ组合的限制,结果显示,Y的上限强烈依赖于Y'和Mφ,当Mφ<2000GeV,Y',>1×10-4时,Y≤64.对于过程li→ljlklk,它仍然不能单独限制耦合常数Yij,但利用这一过程,我们能够得到对表达式|YijYkk*|2/Mφ4的限制。结果表明对表达式|YijYkk*|2/Mφ4的限制主要来自于μ→eee ,在大多数参数空间范围内,|YijYkk*|2/Mφ4/≤2.2×10-19GeV-4利用上面的结果,我们还计算了双荷标量φ±±对e±e±→li±lj±和e+e-→li±lj±X(li,lj≠e)过程的贡献,数值结果显示,e-e-→μ-μ-的子过程截面(?)((?))和e+e-→μ-μ-X的截面σ(s)强烈依赖于耦合常数Y,如果ILC的年积分亮度为500fb-1,则在很大的参数空间内有可能在ILC上观测到双荷标量的产生。为了更好地理解Higgs部分及超出标准模型之外的新物理,我们在第五章计算了双荷标量φ±±通过eγ,ep和pp碰撞的单个产生截面σ1(s)、σ2(s)、σ3(s),即利用过程e-γ→l+φ--、e-p→e+Xφ--和(?)q'→W-*(WH-*)→φ+φ--讨论能否在ILC、THERA和LHC上探测到双荷标量φ--的单个产生,进而检验LH模型。结果表明,在这三类对撞机上双荷标量φ±±的产生截面都很大,有可能观测到双荷标量的单个产生信号,即能够利用e-γ→l+φ--、e-p→e+Xφ--和(?)q'→W-*(WH-*)→φ+φ--过程检验LH模型的正确性.

【英文摘要】 Content: Although the standard model has passed a lot of precision experimental tests, it still suffers some theoretical problems of too many free paramenters, triviality, and unnaturalness, etc. Furthermore, the neutrino oscillation experiments have made one believe that neutrinos are massive, oscillate in flavor. Therefore standard model can only be an effective theory below some high energy scale. There may be new physics beyond the standard model. In recent years, the little Higgs theory is one kind of the popular new physical theories. The littlest Higgs(LH) model provides an economical approach which implements the ideas of the little Higgs theory.LH model predicts the existence of new heavy gauge bosons ZH , BH and WH±, a heavy quark T, and scalar tripletφat TeV scale. We can generating the neutrino masses by coupling the scalar triplet to the leptons in a△L = 2 interaction. In this paper, we study the signatures of the doubly charged scalarsφ±± in future three types of high energy colliders(ILC, THERA, LHC).First, in the context of LH model, we calculate the contributions ofφ±± to the lepton flavor violating(LFV) processes li→ljγ and li→ljlklk We can see that the LFV process li→ljγ can not be able to constrain Yij independently, but we can obtain the constraints on the combination of the free parameters Y, Y', and Mφ. We can see the upper limit on Y strongly depend on the values of Mφand Y'. For Mφ< 2000GeV and Y' > 1 x 10-4, there must be Y < 64. The LFV processes li→ljlklk also can not give the constraints on coupling constants Y(ij) independently, but would be able to constrain the combination|YijYkk* |2/MΦ4. We find that the most stringent constraint comes from the LFV processμ,→eee. In all of the parameter space, there must be|YμeYee*|2 /MΦ4≤2.2×1019GeV-4.Taking into account the constraints on these free parameters, we further calculate the contributions ofφ±± predicted by the LH model to the LFV processes e±e±→li±lj±and e+e-→li±lj±X(liorlj≠e). We find that the values of(?)((?)) andσ(s) are strongly depend on the value of coupling constant Y. If the yearly integrated luminosity of ILC is£= 500fb-1, in wide range of the parameter space, the signals ofφ±± should be detected in the future ILC experiments.In order to understand the Higgs sector and more importantly what lies beyond the standard model, we consider single production ofφ±± via eγ, ep and pp collisions in the context of the LH model, and see whether their signals can be detected in future three types of high energy colliders (ILC, THERA, LHC). We find that the single production cross section of the doubly charged scalarφ±± are all big enough, the possible signals of the doubly charged scalarφ±± should be detected in future three types of high energy colliders.

【中文关键词】 最小higgs(LH)模型; 对撞机; 轻子数破坏; 双荷标量粒子
【英文关键词】 the littlest Higgs model; collider; lepton-number violation; doubly charged scalars
毕业论文目录】
摘要 2-3
Abstract 3
第一章 引言 5-13
    §1.1 标准模型和中微子质量问题 5-7
    §1.2 可能的新物理理论 7-11
    §1.3 工作简介 11-13
第二章 小Higgs理论综述 13-27
    §2.1 小Higgs理论基本思想及模型分类 13-16
        §2.1.1 小Higgs理论基本思想 13-14
        §2.1.2 直积群模型 14-15
        §2.1.3 简单群模型 15-16
    §2.2 最小Higgs模型 16-27
        §2.2.1 最小Higgs模型基本内容及其预言的新粒子 16-21
        §2.2.2 最小Higgs模型中的中微子质量 21-23
        §2.2.3 新标量粒子φ的性质 23-27
第三章 对撞机简介 27-31
    §3.1 对撞机的基本参量 27
    §3.2 对撞机分类与简介 27-31
第四章 最小Higgs模型在ILC上的可能轻子味破坏信号 31-37
    §4.1 荷电标量和LFV过程l_i→l_(jγ),l_i→l_jl_kl_k 31-33
    §4.2 双荷标量φ~(±±)和LFV过程e~±e~±→l_i~±l_j~±,e~+e~→l_i~±l_j~±X 33-37
第五章 双荷标量粒子的单个产生 37-44
    §5.1 双荷标量φ~(±±)的相关耦合 37-38
    §5.2 φ~(--)在ILC上的单个产生 38-40
    §5-3 φ~(--)在THERA上的单个产生 40-41
    §5.4 φ~(--)在LHC上的单个产生 41-44
第六章 结论 44-46
附录一 LH模型中标量三重态的相关耦合及部分衰变宽度 46-49
附录二 研究生期间所做的工作 49-50
参考文献 50-54
致谢 54-55

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