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在过去的几十年里,实验和理论的惊人吻合表明标准模型在描述电弱物理方面是成功的,但是标准模型自身的缺陷揭示着新物理的存在。通常来讲,新物理会以各种方式影响电弱物理量,讨论新物理在电弱物理量中的效应来寻找新物理存在的可能迹象是本文的主要目的。
我们首先讨论超对称模型在电弱物理中的残留效应。这类效应的特征是在一定的条件下,即使当超粒子很重时,超对称对电弱物理可观测量的影响仍旧能够很大;并且随着超粒子的变重,这种影响要么相应地变大,要么趋于不为零的常数。在这个方面,我们做了如下工作:
·在最小超对称模型轻sbottom轻gluino方案下研究超对称模型对Z共振峰处物理可观测量的影响。这个方案曾被认为能够成功地解决Tevatron上Bottom夸克对过量产生问题,并且不会对其他电弱物理量产生较大影响。我们发现欲使Rb实验和理论的偏离小于2.6σ(3σ),该方案中另一个Sbottom质量必须轻于150GeV(180GeV)。考虑到当前LEPII的实验结果不倾向存在这么一个sbottom,我们的工作可以基本排除最小超对称模型中轻sbottom轻gluino方案。
·研究强子对撞机上Higgs-Bottom夸克联合产生过程pp((p))→bh(h为最轻CP偶的Higgs粒子)。这个过程对测量hb(b)耦合强度以及寻找Higgs粒子都有重要意义。我们的研究表明在最小超对称模型中,该过程的树图截面可以是对应标准模型过程截面的几十倍;我们的研究还表明即使当所有超粒子都很重的情况下,超对称QCD对该过程的修正仍旧能够很大,并且修正的幅度可以与超粒子的质量无关。举例来说,当tanβ=50,MA=200GeV(A为CP-odd的Higgs粒子)时,不依赖超粒子的质量,上述修正可达70﹪。
·在具有See-saw机制的SplitSUSY中研究中微子和标中微子部分对最轻Higgs粒子质量的修正。我们发现该修正对重的标中微子和重的中微子质量劈裂,而不是质量自身,非常敏感:当两粒子质量兼并时,上述修正为0;而当劈裂大于20﹪时,在一些参数空间上述修正可降低Higgs粒子质量达40GeV。这个发现对在SplitSUSY中研究Higgs粒子的性质具有重要意义。
由于超对称理论的这种残留效应,对它的研究要么能够提供丰富的超对称信息,要么能够对超对称理论加以限制。特别的,当超粒子很重而不能在对撞机上直接产生的情况下,研究超对称残留效应是探索超对称的唯一途径。在本论文中,我们对上述三个电弱过程中大的量子修正予以本质上的解释。
其次我们讨论不同新物理模型对Top夸克性质,尤其是对Top夸克味改变中性流,的影响。在这个领域我们做了如下工作:
·详细研究了最小超对称模型对Top夸克的主要衰变模式t→bW±,0(±,0代表W的不同极化态)的修正。这一过程在早期W.Hollik(国际辐射修正领域权威人士之一)组的的研究中被认为对超对称很敏感。而我们研究结果表明无论超对称QCD修正,还是超对称电弱修正,对该过程宽度和各种形状因子的影响都很小(小于1﹪),并且这两种修正倾向于相互抵消。因此,与W.Hollik结论截然相反,我们认为t→bW过程对超对称模型并不敏感。
·在探讨探测TC2模型的工作中,我们指出LHC上Top-Charm联合产生过程是探测TC2模型的理想过程,并且首次提出一个重要的Top-Charm联合产生途径2。通过对该过程做了具体的蒙特卡罗模拟,我们比较现实地给出LHC对TC2模型参数的探测范围,即对新粒子质量的探测能力可达1TeV,对Top-Charm味改变参数的探测能达2×10-2。
·在多种模型中对不同的Top夸克味改变中性流过程予以研究,并且讨论它们的可观测性问题。这些味改变中性流过程包括Top夸克的稀有衰变过程以及不同对撞机上Top夸克的奇异产生过程。我们发现,尽管与Top夸克的非稀有过程相比,新物理对Top夸克味改变中性流过程的预言较小,但是由于其背景小,信号特别,它们能够作为新物理存在的灵敏探针,甚至在一些模型中能够提供丰富的新物理信息;LHC是一个较为理想的探测Top夸克味改变中性流的场所。
考虑到实验上Top夸克的探测技术日臻成熟以及作为Top夸克工厂的LHC即将运行,我们的研究对通过Top夸克寻找新物理具有一定的理论指导作用。