超标准模型和新物理现象的理论研究

摘要

标准模型是一种描述基本粒子及其相互作用的理论，它由弱电理论和量子色动力学两部分组成。该模型在过去的四十年中得到了充分的检验，尤其是电弱统一理论所预言的中性流过程以及规范玻色子W±和Z在实验上的发现，很好的证实了这一理论的正确性。尽管标准模型取得了辉煌的成就，但它并非是完美无暇的。随着实验和理论研究的发展，我们也逐渐发现标准模型存在一些尚未解决的问题—寻找超出标准模型的新物理已经成为目前高能物理发展的潮流。本文将对B物理中BsˉBs反常混合、暗物质以及中微子物理三个方面进行详细的分析和讨论。
　　B物理实验方面的研究，对于检验标准模型理论，发现新物理存在的迹象或证据有非常重要的意义。论文第二章具体分析了D0，CDF实验室公布的BsˉBs反常混合实验结果，分析表明此结果超出了标准模型理论预言。为了解释该实验现象，我们引入unparticle理论。当标度维数为dU的unparticle粒子作为传播子时，会产生介子?反介子混合过程，从而对质量和衰变矩阵M12,u,Γ12,u产生新的贡献，且相应的矩阵元关系为Γ12,u/M12,u=2 tan(πdU)，可以利用此关系得到合适的Γ12值来解释该实验现象。同时考虑Bs→J/ψφ衰变中大混合角所诱导的CP破坏，会对unparticle理论参数空间作进一步限制。最后我们还讨论了unparticle粒子的标度维数dU与有效能标之间的关系。
　　论文第三章首先对理论上最简单的暗物质候选模型—标准Darkon模型作了具体研究，我们可以通过暗物质物质丰度和直接探测实验限制该模型的参数空间。其中暗物质与标准模型粒子通过交换Higgs粒子产生相互作用，此过程使得该模型的Higgs粒子与标准模型Higgs粒子衰变过程有所不同。如果暗物质质量小于Higgs粒子质量的一半时，Darkon模型中Higgs粒子不可见衰变通道h→DD的分支比将占主要地位。假如在LHC中发现Higgs粒子衰变为标准模型粒子的分支比较大时，低质量暗物质在标准Darkon模型中会出现问题。我们通过扩充标准Darkon模型到双Higgs两重态的Darkon模型，成功的解决了该问题，可以做到在暗物质质量小于Higgs粒子质量的一半时，Higgs粒子不可见衰变通道的分支比非常小。同时以后的暗物质探测实验会对双Higgs两重态Darkon模型的参数空间有进一步限制。
　　最后，介绍了类型III跷跷板机制，理论计算了Dirac型的中微子质量和带电轻子质量。另外，在此基础上引入四分量Higgs粒子，于是Dirac型的中微子质量和带电轻子质量又增加了新的贡献。我们在树图水平下计算出中微子质量。而后应用电弱实验对四分量Higgs粒子的真空期待值做了进一步限制，发现四分量Higgs粒子的真空期待值远远小于标准模型两重态Higgs粒子的真空期待值。如果分别通过四分量Higgs粒子和标准模型Higgs粒子得到相同量级中微子质量，四分量Higgs粒子的Yukawa耦合常数将远大于两分量Higgs粒子的Yukawa耦合常数。引入四分量Higgs粒子后的模型不同于普通类型III跷跷板机制，可以在单圈图水平下给出中微子质量。可以让树图，圈图水平时得到的中微子质量为中微子质量矩阵对角元的两个元素，从而将质量矩阵秩拓展为2，使其符合当前中微子质量和混合角的实验观测。此外，大的四分量Higgs粒子Yukawa耦合常数会导致轻子部分味破坏过程，应用最近MEG实验μ→eγ和Au原子μ?e转化实验结果对四分量Higgs粒子Yukawa耦合常数做了具体限制。最后，指出四分量Higgs玻色子中带双电荷标量粒子在碰撞物理中所特有的实验现象。

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上海交通大学博士学位论文答辩决议书

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第一章 绪论

1.1 标准模型

1.2 超标准模型理论

参考文献

第二章 Unparticle在Bs-(B)s混合的理论解释

2.1 Bs- (B) s混合实验分析

2.2 Unparticle简介

2.3 Unparticle对M 12s ,Γ12s 贡献

2.4 结论和展望

参考文献

第三章 低质量暗物质和不可见Higgs衰变的研究

3.1 标准Darkon模型

3.2 双Higgs两重态模型简介

3.3 双Higgs两重态Darkon模型具体应用

3.4 结论和展望

参考文献

第四章 类型III跷跷板和四分量Higgs模型和应用

4.1 跷跷板模型

4.2 类型III跷跷板和四分量Higgs模型

4.3 电弱理论的实验限制

4.4 圈图水平中微子质量

4.5 模型的具体应用

4.6 结论和展望

参考文献

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

附录A SU(N )代数

附录B 中微子振荡

附录C 暗物质物质丰度

附录D Higgs- Nucleon之间耦合常数

附录E 四分量Higgs场质量

附录F μ- e转化相关参数理论计算

参考文献

致谢

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