本文關(guān)鍵詞：基于標(biāo)量傳遞的暗物質(zhì)模型的一些研究

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【摘要】：大量實(shí)驗(yàn)表明暗物質(zhì)是我們這個(gè)世界必不可少的一部分,而粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型并不能對(duì)其提供一個(gè)合理的解釋。為了對(duì)這些暗物質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋,有必要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行擴(kuò)展。本文對(duì)基于希格斯粒子傳遞的一類暗物質(zhì)模型進(jìn)行了研究,并提出了一個(gè)與希格斯粒子類似的新標(biāo)量粒子傳遞的暗物質(zhì)模型。在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行擴(kuò)展的眾多新物理模型中,希格斯粒子傳遞的標(biāo)量暗物質(zhì)(HSDM)模型是極為簡單的一種。在HSDM模型中,新加的實(shí)標(biāo)量單態(tài)s作為暗物質(zhì)候選者,它僅與標(biāo)準(zhǔn)模型中的希格斯粒子h耦合。為了保證標(biāo)量暗物質(zhì)的穩(wěn)定性,在引入了2Z對(duì)稱性后,HSDM模型中只包含三個(gè)新物理參數(shù),即標(biāo)量暗物質(zhì)質(zhì)量sm、暗物質(zhì)與希格斯的耦合系數(shù)sk以及標(biāo)量的自耦合系數(shù)sl。本文分析了一些現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)觀測對(duì)HSDM模型參數(shù)的限制。由于標(biāo)量暗物質(zhì)的自相互作用與這些限制無關(guān),本文就只考慮對(duì)sm和sk的限制。如果要求模型符合暗物質(zhì)殘余度的限制,模型中sm與sk將處于一一對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。這時(shí),HSDM模型中的自由參數(shù)僅剩下sm。基于XENON100和LUX等暗物質(zhì)直接探測平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)限制,以及大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)Run I等粒子對(duì)撞機(jī)上的最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果的約束,我們得到兩個(gè)暗物質(zhì)質(zhì)量范圍:共振質(zhì)量區(qū)域(53GeV 63GeVs￡m￡)和大質(zhì)量區(qū)域(185 GeVsm3)。本文接著討論了標(biāo)量暗物質(zhì)的自散射過程對(duì)天文學(xué)大尺度結(jié)構(gòu)的影響。在計(jì)算過程中,既考慮了暗物質(zhì)自相互作用的貢獻(xiàn),又考慮了Sommerfeld效應(yīng)的作用。結(jié)果表明HSDM模型在共振質(zhì)量區(qū)域和大質(zhì)量區(qū)域中都能符合目前天文學(xué)對(duì)大尺度結(jié)構(gòu)觀測的限制。如果通過此方式對(duì)暗物質(zhì)共振質(zhì)量區(qū)域進(jìn)行限制則需要測定的標(biāo)量暗物質(zhì)的自散射截面與質(zhì)量之比達(dá)到7 20cm1/~g-,而對(duì)大質(zhì)量區(qū)域進(jìn)行限制則需要達(dá)到10 2c~10 m/g-。并且,進(jìn)一步研究了HSDM模型在粒子加速器上的探測效應(yīng)。針對(duì)強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC和100 TeV環(huán)形對(duì)撞機(jī)(FCC)上的暗物質(zhì)產(chǎn)生,本文選取了暗物質(zhì)產(chǎn)生的主要道-矢量玻色子融合道和一個(gè)背景相對(duì)干凈的道-Z玻色子伴隨產(chǎn)生道進(jìn)行分析。通過使用MadGraph 5和相關(guān)的程序包,本文對(duì)兩個(gè)觀測道的信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)模型背景進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬。結(jié)果表明,對(duì)HSDM模型,其共振質(zhì)量區(qū)域可以通過XENON1T和FCC以及對(duì)大尺度結(jié)構(gòu)的天文觀測等方式進(jìn)行探測,而在大質(zhì)量區(qū)域則只有XENON1T能夠探測。若進(jìn)一步考慮微擾性和早期宇宙演化中的真空穩(wěn)定性等理論上的要求,則共振質(zhì)量區(qū)域完全被排除,并且大質(zhì)量區(qū)域?qū)?huì)被限制到更窄的范圍1.1TeV 2.0TeVsm￡￡。2015年末,LHC發(fā)布了在13 TeV對(duì)撞能量下的初步結(jié)果。該數(shù)據(jù)顯示,雙光子末態(tài)過程在其不變質(zhì)量約為750 GeV處超出了標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)期。因而,本文提出了一個(gè)包含新(贗)標(biāo)量粒子的模型來對(duì)其進(jìn)行解釋。在此模型中,新(贗)標(biāo)量粒子的質(zhì)量為750 GeV,它與一個(gè)類似頂夸克或者底夸克的新費(fèi)米子耦合。新(贗)標(biāo)量粒子主要由雙膠子融合產(chǎn)生,然后再通過新費(fèi)米圈衰變產(chǎn)生兩個(gè)光子�；贚HC Run II上雙光子實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和LHC Run I的實(shí)驗(yàn)限制,本文討論了該模型中相關(guān)參數(shù)的取值范圍。在此基礎(chǔ)上,本文進(jìn)一步提出了一個(gè)由質(zhì)量為750 GeV的新標(biāo)量粒子傳遞的暗物質(zhì)(NSDM)模型。NSDM模型中的暗物質(zhì)僅與新標(biāo)量耦合,因而只增加了暗物質(zhì)質(zhì)量DMm和暗物質(zhì)與標(biāo)量的耦合系數(shù)y兩個(gè)參數(shù)�；诎滴镔|(zhì)殘余度以及暗物質(zhì)直接探測實(shí)驗(yàn)XENON100和LUX的限制,并結(jié)合微擾性要求,我們確定出NSDM模型中暗物質(zhì)的質(zhì)量范圍為400GeVm_(DM)3TeV。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P145.9;O572.214

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本文編號(hào)：1306821