具有T-宇称的最小黑格斯模型中顶夸克唯象研究

摘要

Top夸克的发现标志着粒子物理标准模型(SM)的巨大成功，并自发现以来一直是理论和实验的研究热点之一。作为已知最重的基本粒子，top夸克在电弱对称性破缺(EWSB)中扮演着特殊的角色，为探测强相互作用、电弱相互作用和Higgs机制提供独特的探针，并企望在其可观测量的精确研究中首先发现新物理。Top夸克的质量是关键的基本参数，它对Higgs质量和EWSB都有非常重要的限制。对top夸克性质的精确测量和它产生与衰变的动力学分析是过去的正反质子对撞机Tevatron、正在运行的大型强子对撞机(LHC)和将来的国际直线对撞机(ILC)实验的主要目标之一。
　　 SM虽然已经取得了巨大的成功，但它并不完美，如EWSB机制还不清楚，标量部分存在平庸性、不自然性等问题，个别预言和电弱精确测量数据仍有较大的偏差。因此，人们认为SM只是一个低能有效理论，在高能区将被一个更深刻、自洽的理论所替代，并相信在TeV能区将出现新物理。在超出SM的诸多新物理模型中，littleHiggs模型是比较受欢迎的一种。LittleHiggs模型把Higgs粒子构造成赝戈德斯通粒子，让它的质量在单圈阶避免受到规范玻色子和重费米子引起的二次发散影响，以保持它的小质量。在littleHiggs模型的基础上，人们又提出了littlestHiggs(LH)模型，它是littleHiggs模型思想最经济的实现。为了避免电弱精确测量对LH模型的限制，类比超对称人们又引入了T-宇称，从而产生了具有T-宇称的LH模型(LHT)。LHT模型预言了许多新粒子，这些新粒子对许多过程都有贡献，并有着丰富的唯象。对这些现象进行研究，可以探测LHT模型的特性并对该模型的参数进行限制。
　　 本文首先简单回顾了SM的基本结构，接着对top夸克的理论和相关实验进行了简要介绍，然后较为详细地介绍了LH型和LHT模型。最后，在LHT模型中，我们计算了top夸克对在LHC和ILC上的产生，研究内容包括:
　　 (1)LHT模型中top夸克对在LHC上产生的研究:我们研究了单圈水平top夸克对产生过程中的可观测量，包括top夸克对产生截面的相对修正、荷不对称性、前后不对称性、极化不对称性、左右不对称性和自旋关联等，并研究了它们之间的关联行为。我们发现top夸克对产生截面的相对修正小于1％，左右不对称性对于新粒子是敏感的，可以达到1％，其它可观测量的效应都很小。
　　 (2)LHT模型中top夸克对在ILC上产生的研究:在e+e-和γγ两种对撞模式下，我们研究了单圈水平top夸克对产生截面的相对修正和一些运动学分布，并研究了top夸克的自旋关联、极化不对称性和左右不对称性。我们发现在e+e-对撞模式下，top夸克对产生截面的相对修正、极化不对称性和左右不对称性是足够大的，可以用于探测LHT模型。在γγ对撞模式下，我们对γγ对撞的各种极化模式进行了研究，发现top夸克的相关效应都很小。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 标准模型结构

1．1．1 规范场部分

1．1．2 费米子场部分

1．1．3 Higgs场部分

1．1．4 标准模型的拉氏量

1．2 标准模型存在的问题

1．2．1 理论方面

1．2．2 实验方面

1．3 新物理模型

第二章 顶夸克简介

2．1 顶夸克物理

2．1．1 顶夸克的基本性质

2．1．2 顶夸克对的产生

2．1．3 单顶夸克的产生

2．1．4 顶夸克的衰变

2．1．5 顶夸克的自旋关联

2．1．6 顶夸克-新物理的探针

2．2 对撞机上的顶夸克物理

2．2．1 Tevatron上的顶夸克

2．2．2 LHC上的顶夸克

2．2．3 ILC上的顶夸克

第三章 最小黑格斯模型简介

3．1 对称性破缺模式

3．2 规范场部分

3．3 费米子场部分

3．4 有效黑格斯势和电弱对称性破缺

第四章 具有T-宇称的最小黑格斯模型简介

4．1 T-宇称的引入

4．2 规范和标量部分

4．3 费米子部分

4．4 镜像部分的味混合

4．5 LHT模型中的新粒子

第五章 LHT模型中顶夸克对在LHC上产生的研究

5．1 计算过程和数值结果

5．1．1 非极化顶夸克对产生

5．1．2 极化顶夸克对产生

5．1．3 顶夸克对产生中可观测量的关联

5．2 结论

第六章 LHT模型中顶夸克对在ILC上产生的研究

6．1 ILC上顶夸克对通过e+e-模式的产生

6．1．1 顶夸克对产生截面

6．1．2 顶夸克极化和自旋关联

6．1．3 结论

6．2 ILC上顶夸克对通过γγ模式的产生

6．2．1 顶夸克对产生截面

6．2．2 顶夸克极化和自旋关联

6．2．3 结论

第七章 总结与展望

附录A 重整化顶角

附录B 重整化自能

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

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