【摘要】：粒子物理學中描述強相互作用和電弱相互作用的標準模型(Standard Model:SM)自20世紀60年代末期建立以來,經(jīng)歷了大量實驗的精確檢驗,是迄今描述微觀粒子相互作用最成功的理論模型。然而SM自身仍存在的一些理論問題(如規(guī)范等級問題、無法解釋中微子質(zhì)量和暗物質(zhì)等),人們普遍相信SM只是一個低能有效理論,在TeV能標附近應該有新物理存在。雙Higgs機制是為了解決小的等級問題所提出的一種新理論,左右雙Higgs(Left-right twin Higgs:LRTH)模型是雙Higgs機制在左右手模型中的具體實現(xiàn)。除了類SM的Higgs粒子,該模型也預言了重的類矢T夸克、重的規(guī)范玻色子、中性和帶電的標量粒子等,它們會在高能對撞機上產(chǎn)生一些獨特的信號。隨著歐洲核子中心(European Organization for Nuclear Research:CERN)大型強子對撞機(Large Hadron Collider:LHC)的成功運行,粒子物理學研究跨入了“TeV能標”的嶄新時代。2012年7月,ATLAS和CMS實驗組同時宣布在125 GeV附近發(fā)現(xiàn)了一個新的粒子,第一階段運行(質(zhì)心系能量為7 TeV和8 TeV)的實驗數(shù)據(jù)表明該粒子的性質(zhì)和SM中Higgs粒子非常接近。然而,很多新物理模型也都預言了類SM的Higgs粒子的存在,所以從實驗上精確測量Higgs粒子的性質(zhì)對檢驗SM和區(qū)別不同的新物理模型非常重要。計劃中的高能正負電子直線對撞機具有背景干凈,高精度等優(yōu)點,可以精確地檢驗強子對撞機發(fā)現(xiàn)的新物理現(xiàn)象。本文正是基于正在運行的LHC實驗和計劃中的高能直線對撞機,在LRTH模型下開展了一些唯象研究工作：(1)研究了LRTH模型中類標準模型Higgs玻色子的各種衰變道,重點研究了雙光子道的信號強度,并根據(jù)LHC實驗Higgs的相關數(shù)據(jù)進行整體擬合從而給出對參數(shù)空間的限制。由于退耦效應,五個道中Higgs玻色子的信號強度與SM的比值都小于1,Higgs數(shù)據(jù)的整體擬合結果基本排除了能量標度參數(shù)f的參數(shù)空間f550 GeV.(2)研究了輕的贗標粒子φ0的衰變和產(chǎn)生。特別是當它的質(zhì)量小于類標準模型Higgs粒子質(zhì)量一半時,新的衰變道h→砂φ0φ0將會打開,從而壓低其它衰變道的分支比。所以,LHC上Higgs的數(shù)據(jù)會對該過程給予一定的限制。在此限制下,我們又研究了它在LHC和國際直線對撞機(International Linear Collider:ILC)上的唯象學。特別是在質(zhì)心能量(?)=250 GeV的ILC上,可以通過e+e-→Zh→Z(Φ0Φ0)→Z(4b.2b27-T)過程來探測輕的φ0粒子的信號。(3)研究了LHC,XENO100和大型地下氙(Large Underground Xenon:LUX)實驗對LRTH模型中暗物質(zhì)候選者S的限制,包括LHC上Higgs數(shù)據(jù)對不可見衰變的分支比Br(h→SS)的限制以及暗物質(zhì)直接探測實驗對參數(shù)空間{9hSS,mS)的限制。結果表明,在2σ的置信度水平上,類標準模型的Higgs衰變到輕的暗物質(zhì)對的分支比應該小于20%;對同樣大小的暗物質(zhì)質(zhì)量,LUX實驗結果能給出對耦合參數(shù)9hss更強的限制。(4)研究了在高能直線對撞機上T夸克聯(lián)合產(chǎn)生的一系列過程e+e-→tT+Tt， e+e-→TT,e+e-→tTh+Tlh,e+e-→TTh,lTΦ0+TlΦ0.和TTφ0,給出各個過程的產(chǎn)生截面并做了簡單的背景分析。(5)研究了LRTH模型中的類SM的Higgs玻色子h在ILC上的三個重要產(chǎn)生過程：e+e-→Zh,e+e-→vvh和e+e-→tth。計算了非極化狀態(tài)下各個過程中Higgs粒子衰變到bb和99的信號強度,并與未來ILC實驗上預期的測量精度進行了對比。結果表明未來的ILC實驗能給能標參數(shù)∫廠很強的限制。以ILC-250(1000)GcV為例,在2σ的水平上∫的值應該大于1150(1400)GeV。
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【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O572.2

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本文編號：2341310