宇宙學和高能對撞機上若干新物理的唯象研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、標準模型(SM),是描寫強相互作用和電弱相互作用的SU(3)c()SU(2)L()U(1)Y規(guī)范理論。它在過去的三十多年中得到了充分的檢驗。電弱統(tǒng)一理論所預言的弱中性流的發(fā)現(xiàn)為Weinberg和Salam(并DGlashow一起)贏得了1979年的諾貝爾物理學獎;其后的中間玻色子(W±和Z)在實驗上被觀測到又為Rubbia和Vander Meer帶來了1984年的諾貝爾物理學獎;漸進自由則為David J.Gross,H.DavidPo

2、litzer以及Frank Wilczek獲取了2004年的諾貝爾物理學獎。迄今為止在實驗誤差范圍內,在所有反應中標準模型的理論預言與數(shù)據符合得非常好,這些都使我們確信標準模型是描述TeV能區(qū)(也許可以擴展到更高能區(qū))的正確理論。然而,標準模型仍存在著一些根本性的問題,比如理論中存在太多的參數(shù)需要實驗確定;標準模型中著名的等級性(hierarchy)問題等等,但是最為關鍵的問題是,負責弱電自發(fā)破缺的Higgs機制預言了至少有一個中性Hi

3、ggs玻色子存在,而這個起關鍵作用的Higgs粒子在實驗上至今也沒有被找到。這就為超出標準模型的新物理留下了存活的空間。目前,人們提出了許多新物理理論,譬如:Technicolor(TC)理論,Little Higgs理論等等。Technicolor是一個沒有Higgs粒子的理論,基本思想是:引入一種新的漸進自由的類似QCD的強相互作用和具有強相互作用的新費米子(TC費米子)。在一個高的能量標度,TC費米子發(fā)生凝聚,以此來代替標準模型中

4、的Higgs玻色子,從而實現(xiàn)電弱對稱性到電磁對稱性的動力學破缺。因此它很自然地解決了標準模型中的一些理論問題。不過,最初的TC模型自身也存在著不少的問題。為了給費米子提供質量而不產生大的味改變中性流,致使人們去構想“走動”的人工色理論(Walking TC)。而為了給頂夸克提供大的質量而沒有大的ΔΓb和T修正,人們又提出了頂色輔助的人工色理論(TC2)。
   top—pion(П0,±)和top-Higgs(HTC)是TC2模

5、型所預言的特征粒子。因此,實驗上如果能夠發(fā)現(xiàn)這些粒子則可以認為是對TC2模型的直接驗證。我們在工作中研究了這些特征粒子在ILC上單圈水平上的成對產生的過程,即e+e-→HTCП0和e+e-→+П+П[1,2]。研究表明,兩者的產生截面在大多數(shù)的參數(shù)空間可達到數(shù)十個fb的量級,同時這些過程都還有著相當明顯的NLO修正。另外,我們還研究了gg→HTC在LHC的生成過程,結果表明和標準模型的類似過程gg→h相比較,前者的生成率要高得多;即使是

6、和TC2模型中的另外一個中性標量粒子的生成過程gg→+∏0[3]相比較,gg→HTC的產生率也要高出一些。因此,這個產生道在即將運行的LHC上的觀測是值得人們期待的。
   在高能物理領域,宇宙學的研究是和加速器物理一樣重要的。宇宙學面臨的一個重大的挑戰(zhàn)就是暗物質的問題,而在標準模型中人們卻找不到暗物質合適的候選者。為了解決這個問題,人們提出了各種各樣的理論。
   在帶有T宇稱的Littlest Higgs模型中,電中

7、性的重光子AH的質量最輕,同時其T宇稱為奇,在T宇稱守恒的前提下,它是穩(wěn)定不衰變的。因此重光子可以被視為是WIMP冷暗物質的一個理想的候選者。
   我們在文中通過使用玻爾茲曼時間演化方程對重光子在宇宙中的殘留量進行了估算[4]。計算的結果表明當Higgs的質量取300 GeV并在不考慮T宇稱破缺的前提下只有兩個比較窄的范圍133

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