本文關(guān)鍵詞：暗物質(zhì)和最小cascade seesaw模型的唯象研究

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【摘要】：粒子暗物質(zhì)和非零中微子質(zhì)量是存在新物理的強烈證據(jù)。本論文就這兩個課題的唯象學(xué)研究做了一些探討。 論文的第一部分闡述暗物質(zhì)的唯象研究。眾所周知,宇宙中約占80%的物質(zhì)組分為暗物質(zhì)。然而,到目前為止我們對暗物質(zhì)粒子的來源還沒有定論。眾多超越標(biāo)準(zhǔn)模型的理論都給出了暗物質(zhì)粒子的候選者。在系統(tǒng)介紹了暗物質(zhì)的理論背景和實驗探測現(xiàn)狀之后,我們考慮自旋3/2粒子作為暗物質(zhì)候選者。利用有效場論方法,我們列出了所有可能的四費米子有效算符,然后研究了該模型給出的暗物質(zhì)遺跡豐度,暗物質(zhì)和核的彈性散射以及宇宙線中反質(zhì)子／質(zhì)子流強比等實驗限制。利用現(xiàn)有的實驗觀測數(shù)據(jù),我們對有效耦合常數(shù)和暗物質(zhì)粒子質(zhì)量的關(guān)系給出了嚴(yán)格限制。特別是當(dāng)綜合遺跡豐度給出的下限和反質(zhì)子／質(zhì)子流強比或直接探測實驗給出的上限時,我們已經(jīng)可以排除某些質(zhì)量區(qū)間。在此之后,我們進一步考慮了自旋3/2暗物質(zhì)粒子作為標(biāo)準(zhǔn)模型的單態(tài)。這一限制使得獨立的四費米子有效算符的個數(shù)減少到4個。我們綜合分析了這些有效算符的唯象學(xué),在上一工作的基礎(chǔ)上加入了LHC monojet+ET過程和Fermi-LATγ射線的觀測限制�，F(xiàn)有數(shù)據(jù)可以互補地嚴(yán)格限制這些有效算符。LHC實驗的限制在小質(zhì)量端最為有效,反質(zhì)子／質(zhì)子流強比的限制在大質(zhì)量端最嚴(yán)格,而對中間質(zhì)量來說自旋無關(guān)的直接探測實驗效果最好。對于質(zhì)量處于10GeV至1TeV的暗物質(zhì)粒子,實驗限制給出的有效能標(biāo)一般要高于幾十個TeV。 論文的第二部分是關(guān)于最小cascade seesaw模型的對撞機檢驗。在這一模型中,通過引入超荷為一的四重態(tài)標(biāo)量粒子中和超荷為零的五重態(tài)費米子∑,seesaw機制在樹圖上給出量綱為九的中微子質(zhì)量算符。我們給出了一種自洽而不失一般性的方法來處理復(fù)雜的Yukawa耦合。在此方法中,所有的混合矩陣都可以用標(biāo)量粒子的VEV vΦ、復(fù)參數(shù)t及已知的中微子參數(shù)表出。我們的研究表明低能的輕子味道破壞過程可以對模型參數(shù)給出很強的限制,而這一限制會直接影響到對撞機上信號道的選取。我們系統(tǒng)考察了有潛力的信號道,并得到如下結(jié)論：對于四重態(tài)標(biāo)量粒子的探測,4j2l+信號道是最重要的。而對于五重態(tài)費米子的探測,2l±2l(?)2j,3l±l(?)2j及3l±2l(?)+ET信號道都很有希望。
【學(xué)位授予單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：O572.2;P145.9

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本文編號：1274808