LHC上MSSM和NMSSM中125GeV Higgs对产生过程的研究

摘要

黑格斯(Higgs)物理是当今粒子物理中最重要的研究课题之一，随着欧洲大型强子对撞机（theLargeHadronCollider，简称LHC）的运行人类将不断揭开Higgs物理的新篇章。在2012年7月ATLAS和CMS实验组分别宣布在125GeV附近观察到一个新的粒子态，它的性质与SM中Higgs粒子的性质非常类似。但是理解电弱对称破缺机制并没有随着Higgs粒子的发现而结束。Higgs粒子的耦合，包括Higgs场与规范场的耦合，Higgs场与物质场的耦合以及Higgs场的自耦合，已成为区分不同理论方案的关键指标之一，并且可以用于解释电弱对称破缺背后的物理机制。为此在这篇论文中，我们在最小超对称模型（theminimalsupersymmetricstandardmodel，简称MSSM）和次最小超对称模型（thenext-to-minimalsupersymmetricstandardmodel，简称NMSSM）中研究Higgs粒子唯象学。
　　 首先简要回顾了标准模型（thestandardmodel，简称SM）中Higgs物理，包括Higgs机制，Yukawa相互作用以及理论和当前实验对Higgs粒子质量的限制。然后我们引入了N=1，D=4的超对称模型，随后重点介绍了最小超对称模型(MSSM)以及其简单的拓展——次最小超对称模型(NMSSM)，分别从对称性的引入，粒子的配置和负责整个体系动力学特征的拉氏量三方面对上述模型进行了介绍。在低能区超对称是破缺的，在MSSM和NMSSM模型中我们引入了软破缺项来实现超对称破缺，MSSM和NMSSM属于低能等效理论。对于NMSSM模型，我们又将其分为两类:NMSSM1和NMSSM2，在NMSSM1方案中最轻的CP为偶的Higgs粒子是类标准模型黑格斯粒子(theSM-likeHiggs)，在NMSSM2方案中次轻的CP为偶的Higgs粒子是SM-likeHiggs。在第三章我们还重点介绍了MSSM和NMSSM模型中Higgs物理和标夸克部分，为接下来的数值计算做准备。
　　 第四章是我们的工作部分，讨论了Higgs对的产生及其可观测的信号。基于目前在LHC上125GeV附近观测到一个性质非常类似于SM-likeHiggs粒子的新的粒子态，同时考虑了目前各种实验限制，我们分别全面扫描了MSSM和NMSSM的参数空间，并且在各个模型中计算了LHC上SM-likeHiggs粒子对的产生过程pp→gg/b(b)→hh的散射截面。
　　 在MSSM和NMSSM中，大多数存活参数点对应的散射截面比SM至少抬高了30％。我们不仅考虑胶子融合产生Higgs对过程，同时也考虑了通过b(b)湮灭产生Higgs对过程，对于某些存活参数点这个过程有可能因为超对称效应被显著抬高。
　　 在MSSM和NMSSM中，对于大多数参数点胶子融合产生Higgs对过程对pp→hh散射截面的贡献仍是主要的。通常在软超对称破缺参数|At|较大，同时m(t)1质量较轻时，qq→hh过程的散射截面较大。
　　 在MSSM和NMSSM中，对于某些参数点虽然|At|/m(t)1较大，但是相应的gg→hh的散射截面却比较小，这是因为两个stop粒子之间的质量劈裂比较小。
　　 在MSSM和NMSSM中，我们抽取了SM-likeHiggs粒子质量在125GeV≤mh≤126GeV范围内的参数点，计算了它们的x2值。在三种方案中，尤其是在MSSM和NMSSM2方案中，有较多的参数点与目前LHC寻找Higgs粒子的实验数据的拟合比SM要好，对于这些参数点pp→hh的散射截面相比标准模型预言仍有显著抬高。

目录

摘要

第一章 引言

第二章 标准模型中黑格斯粒子简介

2．1 Higgs机制

2．2 Yukawa相互作用

2．3 Higgs粒子的质量问题

2．3．1 Higgs质量的限制

2．3．2 精细调节

第三章 最小超对称模型和次最小超对称模型中黑格斯粒子部分

3．1 超对称模型简介

3．1．1 N=1，D=4超对称物理简要介绍

3．2 最小超对称模型介绍

3．2．1 最小超对称模型的引入

3．2．2 最小超对称模型中的参数

3．2．3 最小超对称模型中参数个数

3．3 最小超对称模型的简单拓展：NMSSM

3．4 MSSM模型和NMSSM模型中黑格斯粒子部分

3．5 MSSM模型和NMSSM模型中squark部分

第四章 双黑格斯产生及观测信号

4．1 pp→hh过程的散射截面

4．1．1 存活参数空间

4．1．2 数值计算结果和分析

4．2 各种可能的观测信号

第五章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的论文

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