希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)是粒子物理學(xué)研究自然界最基本相互作用的又一次成功。然而,也有一些反常實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)模型并不是完整描述所有自然現(xiàn)象的終極理論。在精細(xì)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型的同時(shí),我們也需要使用對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)尋找超出標(biāo)準(zhǔn)模型新物理存在的證據(jù)。在本文中,我們研究新物理模型的對(duì)撞機(jī)唯象學(xué)和對(duì)應(yīng)的尋找策略。我們首先研究在TeV能標(biāo)上的中微子質(zhì)量模型。在一類引入額外輕子的反蹺蹺板模型中,額外輕子衰變行為與標(biāo)準(zhǔn)模型W和Z玻色子非常相似。我們發(fā)現(xiàn),在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上產(chǎn)生的額外輕子對(duì)可能被錯(cuò)誤重建為W玻色子對(duì)事例。探測(cè)輕子數(shù)破壞過程是檢驗(yàn)中微子馬約拉納屬性的重要途徑。我們研究在未來電子-電子對(duì)撞機(jī)上測(cè)量反無中微子雙貝塔衰變過程。我們針對(duì)不同測(cè)量道中的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)設(shè)計(jì)重建方法與事例挑選條件,并發(fā)現(xiàn)反無中微子雙貝塔衰變測(cè)量可以有效約束中微子混合參數(shù)。自相互作用暗物質(zhì)是對(duì)天文學(xué)觀測(cè)中星系小尺度結(jié)構(gòu)問題的有力解釋。我們研究在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上利用暗物質(zhì)束縛態(tài)尋找來驗(yàn)證暗物質(zhì)自相互作用的存在。模型中暗物質(zhì)通過交換暗光子形成束縛態(tài),束縛態(tài)湮滅至一對(duì)長(zhǎng)壽命暗光子并繼續(xù)衰變回輕子的過程造成偏移輕子噴注信號(hào)。我們發(fā)現(xiàn)這種尋找方法能夠探測(cè)宇宙學(xué)模擬中確定的參數(shù)區(qū)間,并提出一種聯(lián)合束縛態(tài)測(cè)量與天文學(xué)觀測(cè)確定自相互作用暗物質(zhì)模型參數(shù)的方案。我們也研究新物理模型中標(biāo)量粒子交換膠子形成的束縛態(tài)。我們發(fā)現(xiàn)標(biāo)量頂夸克束縛態(tài)的湮滅信號(hào)會(huì)淹沒在標(biāo)準(zhǔn)模型背景中。對(duì)于帶有更高電荷新粒子形成的束縛態(tài),湮滅產(chǎn)物可能貢獻(xiàn)至強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上的雙光子事例超出。但是新粒子與夸克的耦合形式受實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格限制,在選取參數(shù)區(qū)間中僅至頂夸克加輕夸克的衰變未被排除。我們同時(shí)研究標(biāo)量頂夸克衰變中的運(yùn)動(dòng)學(xué)。比較全矩陣元和運(yùn)動(dòng)學(xué)兩種模擬方法的結(jié)果顯示極化關(guān)聯(lián)在級(jí)聯(lián)衰變中起重要作用,并可能導(dǎo)致末態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)效率顯著增加或減小。在超對(duì)稱粒子尋找中使用純運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬結(jié)果進(jìn)行截面估計(jì)可能造成偏差。機(jī)器學(xué)習(xí)在噴注分類中的應(yīng)用可以提升未來對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的事例挑選過程。我們訓(xùn)練一個(gè)全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)區(qū)分夸克和膠子噴注。網(wǎng)絡(luò)不僅在區(qū)分高能量噴注時(shí)優(yōu)于已有方法,而且可以適用于不同噴注能量區(qū)間。研究結(jié)果也驗(yàn)證了噴注觀測(cè)量在分類問題中的優(yōu)越性。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O572.2
【部分圖文】：

Ｌ＋Ｌ－）截面，藍(lán)色曲線代表ａ（即—?Ｌ±ＬＱ）截面。??為了研究事例被錯(cuò)誤探測(cè)為灰－事例的幾率，我們通過末態(tài)輕子對(duì)的運(yùn)動(dòng)??學(xué)性質(zhì)對(duì)事例進(jìn)行篩選。在圖２－２中，我們展示通過Ｍａｄｇｒａｐｈ５程序［７４］模擬得到的ｐｐ—＞？??Ｌ＋Ｌ－，標(biāo)準(zhǔn)模型及三種過程中輕子衰變末態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)分布。其中我??們將Ｌ粒子質(zhì)量設(shè)置為１１５ＧｅＶ，Ｗ粒子質(zhì)量設(shè)置為２５０ＧｅＶ。首先我們可以看到，來自??于Ｗ衰變的輕子橫向動(dòng)量分布（綠色曲線）呈現(xiàn)出明顯的雅可比峰性質(zhì)。－？?和標(biāo)??準(zhǔn)模型過程的輕子橫向動(dòng)量分布形狀非常接近。但由于藍(lán)色曲??線相比標(biāo)準(zhǔn)模型紅色曲線更偏向于大橫向動(dòng)量方向。最后需要指出，來自于；??程的輕子性質(zhì)非常接近ＰＰ－＞Ｌ＋Ｌ－的藍(lán)色曲線，所以兩者的運(yùn)動(dòng)學(xué)效率也非常接近。??使用ＡＴＬＡＳ實(shí)驗(yàn)組所采用的事例分析方法，我們?cè)诒恚玻敝械玫剑蹋蹋突遥祝瓋??種主要過程在事例挑選下的存活效率ｅ。我們要求所有事例包含兩個(gè)滿足ＡＴＬＡＳ實(shí)驗(yàn)組定??義的輕子孤立條件且電荷反號(hào)的輕子。除了橫向動(dòng)量丟失以外，我們還要求事例中橫向??動(dòng)量最大的輕子滿足ｐ：ｒ＞?２５?ＧｅＶ，動(dòng)量第二大的輕子滿足ｐ：ｒ＞?２０?ＧｅＶ。輕子對(duì)不變質(zhì)??量需要滿足Ｍ？＞１５ＧｅＶ且｜Ｍ？?—?Ｍｚ｜＞１５ＧｅＶ

?ＵｆｎｉＶｆｌｉ）??圖３－１通過馬約拉納中微子傳遞的反無中微子雙貝塔衰變過程。??可以看出，圖３－１中的過程為無中微子雙貝塔衰變實(shí)驗(yàn)中尋找的弱相互作用過程的逆過??程，因此我們將其稱為反無中微子雙貝塔衰變過程［８０，?８１］。對(duì)比無中微子雙貝塔衰變，其??具有如下特點(diǎn)：??１９??

中微子雙貝塔衰變過程研究馬約拉納中微子的關(guān)鍵問題。??在不同能量的電子對(duì)撞機(jī)上通過反無中微子雙貝塔衰變過程產(chǎn)生灰的截面如??圖３－２所示。我們依然選取三代重馬約拉納中微子，并保證公式３－２關(guān)系成立。對(duì)于三種不??同的質(zhì)心能量Ｖ＾，隨著財(cái)２質(zhì)量參數(shù)的變化，散射截面在Ｍ２?＝?＾時(shí)達(dá)到最大值。??對(duì)ｅ－ｅ－?一＞？?過程測(cè)量中可能遇到的標(biāo)準(zhǔn)模型背景在表３－１中列出。由于實(shí)際實(shí)??驗(yàn)測(cè)量中有限探測(cè)器分辨率的影響，研究中需要考慮背景過程可能包含多個(gè)電子，但未被??探測(cè)到的電子貢獻(xiàn)至橫向能量丟失的可能性。同時(shí)，在電子對(duì)撞機(jī)上的光子初態(tài)過程７７－＞??也需要被納入分析。來自電子福射的等效光子初態(tài)由Ｗｅｉｚａｅｃｋｅｒ－Ｗｉｌｌｉａｍｓ近似公式??描述［８５］。在圖３－３中，我們計(jì)算了標(biāo)準(zhǔn)模型背景過程截面對(duì)質(zhì)心能量的依賴性。除了??ｅ－ｅ－?－＞?ＺＺｅ－ｅ－過程外所有背景的截面都在ｆｂ量級(jí)以上，使用運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)對(duì)信號(hào)背景事??例進(jìn)行區(qū)分非常重要。值得注意的是，同樣產(chǎn)生灰玻色子對(duì)的光子初態(tài)過程７７?—州＋Ｗ—??截面在１００?ｆｂ以上。在電子對(duì)撞機(jī)的唯象學(xué)研究中，光子初態(tài)過程的貢獻(xiàn)往往不能簡(jiǎn)單忽??略。??２１??
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本文編號(hào)：2839733