非标准型Higgs粒子在加速器上的唯象学研究

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Higgs物理是当今高能物理研究的前沿课题之一,类标准模型Higgs粒子(CMS和ATLAS实验组在2012年7月发现的共振态,与标准Higggs粒子性质相符。但也不排除偏离标准模型的可能性。本文中称这个共振态为类标准模型Higgs粒子。)的确认表明了电弱统一理论的成功,也是新物理寻找的一个重要里程碑。标准模型(SM)虽然在电弱统一理论方面得到成功但是标量场的引入会带来自然性等问题,另外SM也不能提供暗物质候选者,不能解释宇宙中物质远大于反物质的现象。所以新物理的引入有重要的物理动机。一般的新物理模型中都会引入更多的Higgs标量场,即引入更多的标量粒子。新的标量粒子无疑是寻找超出标准模型新物理的重要契机。本文在综述了标准模型和非标准模型的Higgs物理与实验检验之后详细论述了:  利用顶夸克的极化性质研究two Higgs doublet model(THDM) typeⅡ模型中的带电Higgs粒子。在THDM模型中,带电Higgs粒子和费米子的相互作用正比于费米子质量,同时与tanβ相关。由于项夸克的极化性质可以通过其衰变的轻子来探测。所以我们利用gb→H-t→(t)bt过程中顶夸克的极化性质来压低背景,探测THDM模型中的H±并试图测量tanβ。在具体的分析中我们研究了gb→H-t→(t)bt,(g)b→ H+(t)→ t(b)(t)两个过程得到的(t)的极化性质。经过计算我们发现H-衰变得到的(t)的极化性质很明显可以用来探测tanβ,而和H+联合产生的(t)的极化性质由于t道的贡献被稀释的很小,很难从背景中区分出来。经过分析我们发现在质心系能量为14TeV,积分亮度为100fb-1的LHC上信号显著度大于5σ。利用顶夸克极化性质可以很好的确定tanβ的取值范围,尤其是tanβ~[6,10]的区域(而该区间是通过截面测量tanβ最不利的区间)。  通过类标准模型Higgs粒子的成对产生发现新物理的中性Higgs粒子。我们考虑H对的共振产生过程:gg→ S→HH,分析不同的类标准模型Higgs的衰变道来压低背景保留信号,得到较高的信号显著度。这样的产生过程可以通过很多新物理模型来实现,为了分析方便我们考虑色了八重模型。考虑实验上精确检验的限制后,该过程在该模型中的截面上限为0.5pb。在这样的截面大小下,同时考虑类标准模型Higgs粒子H不同的衰变道我们发现在质心系能量为14 TeV,积分亮度为L=1000fb-1下的LHC上, b(b)b(b),b(b)WW*,b(b)γγ,b(b)ΤΤ的末态中可以在大于>5σ的显著度下发现S的新物理信号。  强子对撞机上通过4jet末态寻找新物理信号。为了研究4jet中隐藏的新物理信号,我们通过色八重态模型中的ZC的成对产生来说明如何在加速器上寻找类似的新物理信号。我们主要研究pp→ZCZC→jjjj信号过程,考虑理论模型和实验限制我们选取模型的一组参数值:m(Z)C=145GeV。得到在质心系能量为1.98TeV,积分亮度为10fb-1的Tevatron上,信号截面大小为σ=4.5pb而背景截面大小为~370pb。虽然背景截面比信号大两个数量级但是经过考虑不同的运动学变量做为筛选条件,可以得到5.4σ的信号显著度。同时我们也分别考虑了质心系能量为7TeV和14TeV,积分亮度为10fb-1,1fb-1下LHC上的探测。当LHC的积分亮度达到100fb-1,就可以在5σ以上发现这样的新物理信号。  
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