关于新物理的一些唯象研究

摘要

尽管粒子物理标准模型取得了巨大的成就，但作为一种有效的理论，它并不能解释或解决暗物质、暗能量、强作用和弱电作用统一等问题，人们努力寻找超出标准模型的新物理的迹象。本文探讨了新近的CDMSII暗物质实验的结果，ILC对撞机上超对称强子的产生，以及在D0介子轻子衰变中寻找新物理。
　　地下暗物质实验一般通过观测暗物质与靶核散射的信号来寻找暗物质。2013年4月，CDMSII暗物质实验观测到3个可能为暗物质信号的数据，并倾向于小质量WIMP型暗物质。采用这个数据，我们首先分析了通过希格斯波色子传播与标准模型粒子相互作用的WIMP型暗物质，发现此类暗物质不能同时满足CDMSII实验和大型强子对撞机上的希格斯粒子产生的数据，因而被排除了。然后，我们又分析了通过Z0和新粒子Z'传播作用的标量型、矢量型和费米型暗物质。考虑已知的种种限制，如暗物质和核子的散射截面，Z0的不可见衰变宽度，以及宇宙中暗物质的遗迹丰度，发现仅当Z'比Z0轻时，仍然存在没有被排除的参数空间，可以满足已知的各种实验限制。
　　超对称是标准模型的一种重要探索延伸。虽然现今还未在大型强子对撞机上发现超对称粒子，但其可能已经产生而湮没在海量的背景中。当t夸克的超对称伴子(t)1为次轻粒子且与最轻的中轻微子(neutralino)质量差很小时，(t)1的寿命则可以足够长并可强子化，其产生信号很难在强子对撞机的海量数据中观测到。利用超味对称，我们将未知的t1产生时的参数与b夸克重介子在阈值处的产生参数联系起来，估算了在正反电子对撞机ILC上超对称强子的产生情况，并讨论了其产生后的衰变方式。当质量差很小时，如果(t)1型的超对称强子存在，则可以在ILC上被观测到。
　　中性介子混合以及稀有衰变是寻找超出标准模型新物理的重要场所。与下夸克型的中性B0-(B)0、Bs-(B)s介子混合相比，标准模型对于上夸克型的D0-(D)0介子混合的贡献被压得更低，而实验上观测到的相对较大的D0-(D)0介子混合预示着存在新物理的贡献。同时，新物理也会对D0介子的某些稀有衰变过程产生重要作用。我们考虑了D0介子混合对unparticle和新规范粒子Z'的限制，数值分析了D0→μ+μ-，e+e-，μ±e(±)衰变中新物理的贡献，计算了相应的分支比。我们发现，虽然在D0介子混合中所考虑的新物理的贡献很大，但在D0介子的D0→ l(l)轻子衰变中，由于标准模型的长程作用，所考虑的新物理很难超过标准模型的贡献。对于双轻子味道改变过程D0→μ±e=，新物理贡献将变得重要。同时，我们探讨了利用D0介子的轻子衰变在BES和/或超级Charm-Tau工厂中寻找新物理的迹象。

目录

声明

摘要

第一章 引言

第二章 Darkon暗物质

2．1 背景简介

2．2 早期宇宙中暗物质的退耦

2．3 地下暗物质探测

2．4 Darkon+标准模型

2．4．1 标量darkon

2．4．2 费米旋量和矢量型darkon

2．5 Darkon+标准模型+U(1)’

2．5．1 费米型darkon

2．5．2 标量和矢量的darkon

2．6 本章小结

第三章 轻的(～t)1和超对称强子

3．1 背景简介

3．2 超味对称与超对称强子的产生

3．2．1 超味对称及应用

3．2．2 标量(～t)1的碎裂及强子化

3．2．3 超对称强子的产生

3．3 数值分析

3．4 超对称介子的衰变及实验寻找

3．5 本章小结

第四章 D0稀有轻子衰变

4．1 背景介绍

4．2 标准模型中的味道改变中性流

4．3 D0-(-D)0混合对新物理参数的限制

4．3．1 D0-(-D)0混合

4．3．2 混合对unparticle参数的限制

4．3．3 混合对非普适Z’参数的限制

4．4 新物理对D0→l’+l-的贡献

4．4．1 Unparticle对D0→l’+l-的贡献

4．4．2 非普适Z’对D0→l’+l-的贡献

4．5 对D0→l’+l-衰变的数值分析

4．5．1 Unparticle

4．5．2 非普适的Z’

4．6 BESⅢ和charm-tau工厂上对D0→l’+l-衰变的寻找

4．7 本章小结

第五章 总结和展望

附录

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果