高能对撞机实验之未来发展趋势

粒子物理是研究物质起源、探索自然界奥秘的最前沿学科,国际上发达、发展中国家都投入大量的人力、财力,研究、设计粒子物理的重要实验手段——高能对撞机.简要综述即将运行或正在设计的主要的高能对撞机,旨在使读者了解高能对撞机未来发展趋势,关注或积极参与粒子物理的理论、实验研究.     

Top-pion介子在对撞机上产生过程研究

众所周知,标准模型中存在一个物理的中性Higgs玻色子,许多超出标准模型的新物理也都预言了中性或者带电的标量粒子.这些新的粒子能在现在和将来的高能对撞机上产生与标准模型中不同的信号.一般来说,因为标准模型中没有带电的Higgs玻色子,所以在未来的高能对撞机上发现了带电的Higgs玻色子或者带电的类Higgs玻色子,无疑就是发现新物理存在的信号.     

对撞机实验上的粒子物理研究

粒子物理是研究物质最深层次结构的前沿学科.在实验方面,大型高能加速器是主要的实验手段,其以高亮度和高能量为发展目标,致力于新粒子的发现、标准模型的精确检验、以及寻找超出标准模型的新物理.简单介绍以高亮度为发展目标的北京正负电子对撞机、日本的超级正负电子对撞机,以及以高能量为发展目标的大型强子对撞机、处在研发阶段的环形正负电子对撞机上的一些物理课题的研究和目标.     

宇宙中高能带电粒子的加速

宇宙中高能粒子的起源问题是高能太阳和天体物理的核心问题之一.在剧烈变化的天体物理环境下,背景等离子体中的带电粒子可以被其中的电场加速到很高的能量.根据背景电场和带电粒子相互作用的特征,带电粒子的加速机制可以分为:等离子波和粒子共振相互作用、沿磁力线方向的平行电场加速和磁场不均匀性有关的磁场曲率与梯度加速等.根据粒子加速过程对应的宏观能量释放机制,人们发展了随机粒子加速理论、扩散激波粒子加速理论以及磁重联粒子加速理论等.这些理论都有其各自的假设和特征,在不同的天体物理环境有其相应的应用.与高能天体物理观测的不断进步相结合,通过对高能粒子辐射特征和加速过程的分析,人们可以更好地认识剧烈变化天体物理环境下发生的各种物理过程.     

粒子物理研究现状与发展趋势之概述

综述粒子物理标准模型的主要研究内容及优缺点,给出了高能对撞机实验的主要种类及重要的物理研究目标,并且简要地介绍了目前研究最多,且已取得丰硕成果的几种新物理理论.     

新型气体探测器MRPC

介绍了新型探测器多气隙电阻板室（Multi-gap Resistive Plate Chamber,MRPC）在中国十多年的发展.伴随着在相对论重离子对撞机（Relativistic Heavy Ion Collider,RHIC）上STAR实验的成功运行和在带电粒子鉴别方面的突出作用,MRPC技术在高能核与粒子物理领域逐渐得到广泛应用,有力地促进了相关物理课题的研究.     

LH模型中单个类矢顶夸克在TeV能级对撞机上的产生

虽然标准模型(SM)已被大量的精确实验所检验,但到目前为止,高能物理实验还未发现Higgs粒子,电弱对称自发破缺机制还不清楚.因此,标准模型只能是一个低能有效理论,电弱对称自发破缺机制问题很可能涉及超出标准模型的新物理,并为最终解决质量起源问题提供线索,因此这个问题是当前粒子物理中最重要的问题之一,也是当前和未来的高能对撞机的重要研究内容之一.     

在强子对撞机上探测与规范玻色子关联产生的中性top-pion介子

虽然标准模型(SM)已被大量的精确实验所检验,但到目前为止,高能物理实验还未发现Higgs粒子,电弱对称性自发破缺(EWSB)机制还不清楚.电弱对称性自发破缺机制问题很可能涉及超出标准模型的新物理,并为最终解决质量起源问题提供线索,因此这个问题是当前粒子物理中最重要的问题之一,也是当前和未来的高能对撞机,尤其是强子对撞机的重要研究内容之一.在众多超出标准模型的新物理模型中,顶色辅助的人工色(TC2)模型[1~2]是一种较为理想的动力学破缺理论,目前与实验结果无明显不符,并解释了重夸克质量问题.TC2模型预言了新粒子的存在,如top-pi-…     

最轻的中性TC介子在μ+μ-对撞机上的产生

ＴＣ2理论预言了一定数量的赝标哥尔斯通玻色子 (ＰＧＢｓ) ,包括ＴＣ部分的ＴＣ介子和Ｔｏｐｃｏｌｏｒ部分的三个ｔｏｐ - ｐｉｏｎｓ ,这些新粒子都与动力学对称性破缺机制有直接的关系 ,因此在高能对撞机上研究这些新粒子的可能物理迹象是非常有意义的 .在这些新粒子中 ,色单态的中性ＴＣ介子 (包括同位旋单态粒子Ｐ0′ 和同位旋三重态粒子Ｐ0 )是最轻的粒子 .本文中 ,我们考虑在质心能量ｓ=10 0～ 5 0 0ＧｅＶ的 μ+ μ-对撞机 (ＦＭＣ)上 ,中性粒子Ｐ0 通过ｓ道的共振产生 .ＴＣ2理论中 ,ＴＣ介子和费米子的耦合主要由ＥＴＣ相互作用…     

欧洲核子中心汇聚全球的努力筹划未来的巨大环型对撞机

 结合2014 年2 月参加“对未来环型对撞机研究的启动会议”的见闻,介绍了全球高能物理界正在讨论如何通过广泛国际合作、在欧洲核子中心（CERN）建造未来环形高能加速器和粒子对撞机的新动态,简要回顾了历史上高能加速器和对撞机建设的经验和教训,摘编了与会者提出的相关见解和建议,希望中国高能物理的长远发展可从中借鉴和参考。     

带电的希格斯玻色子与W玻色子在ILC上的联合产生

带有单个电荷和双电荷的希格斯玻色子(H±和H±±)是希格斯三重态模型中的特征粒子.主要研究在高能直线对撞机上带电的希格斯玻色子与W玻色子的联合产生过程:e+e-→W+H+H--.计算了该过程的产生截面、末态粒子的横动量和快度的分布,并分析了标准模型的背景.结果表明,产生截面在一定的参数空间内可以达到几个飞靶的量级.只要带电希格斯玻色子的质量不是很大,在未来的高能直线对撞机上实验中可以通过该过程探测到这些带电希格斯玻色子的信号.     

非普适规范玻色子Z′与轻子味破坏过程

许多超出标准模型的新物理理论预言了非普适规范玻色子Z′的存在,这种新粒子可在高能对撞机实验中产生可观测的物理迹象．计算了顶色辅助的人工色(TC2)和味普适TC2模型预言的Z′对轻味子破坏(LFV)过程Z→lilj,li→ljR,li→lilkll以及li→ljvlvl^-的贡献．计算结果表明：Z′可对这些过程产生有意义的修正．在绝大部分参数空间内,Z′对某些过程(如Z→rμ,r→μee)的贡献可被将来的高能实验观测到．这些结果对将来的高能实验探测新物理有一定的帮助．     

左右对称模型中电子和电子中微子在LHC上的产生

左右对称模型是粒子物理标准模型的重要扩展模型之一,而WR-粒子是左右对称模型中所预言的重要特征粒子.计算了WR-粒子对在大型强子对撞机中epp ud e-n产生过程的贡献,并对其数值结果进行了分析和讨论.     

Top-Higgs hot和稀有Top衰变t→cWW

TC2理论的优越之处在于引入了简洁的电弱对称破缺动力学机制,由此使费米子获得质量.尤其是此理论解决了重top夸克质量问题.TC2理论预言了top-pions(π±t,πot)及中性top-Higgs hot粒子的存在,它类似于低能QCD中的σ粒子.这些粒子和动力学对称破缺机制有密切的关系.因此,在高能对撞机上研究这些新粒子的可能信号将会引起人们的特别兴趣.Top夸克质量mt=173.4±5.1GeV,因而味改变稀有Top衰变道t→cWW是允许的.然而这个过程发生在临近阈值处,有严重的相空间压低.标准模型中的GIM机制对此道也有很强的压低,使得分支比Bsmr(t→cWW)～10-13.这在目前和将来的对撞机上都不可能被观测到.因此,研究这些过程将有助于探测新物理效应.     

过程eq→νq'与新物理理论的探测

许多超出标准模型的新物理理论预言了新的荷电规范玻色子W'的存在.首先计算了小Higgs模型和三点无Higgs模型预言的W'对子过程eq→νq'的贡献,然后讨论了在未来的高能ep对撞机(THERA)实验和e e-对撞机(ILC)实验中通过此过程探测新粒子的可能性,最后我们研究了具有T宇称的小Higgs(LHT)模型预言的新费米子经与此类似过程的产生.数值结果显示:过程eq→νq'对于W'是相当敏感的,我们可以在THERA和ILC实验中利用此过程来区分和检验不同的新物理模型.     

最小左右对称模型中单个Z'玻色子的产生(英文)

左右对称模型中的一般特征是左右手的费米子项通过一个新的中性规范玻色子Z'来联结.研究了在左右镜像模型和左右对称模型中新的规范玻色子Z'通过e-γ凝聚的产生过程,并讨论了在TeV能级的直线对撞机上探测该新粒子的可能性.结果表明,该过程的产生截面范围为16.23fb～206.2fb,并且左右镜像模型中的产生截面大于左右对称模型中的产生截面.在未来的高能直线对撞机上该新粒子的信号可以通过其轻子衰变道Z'→l l-来探测.     

中性Top介子与e+e-对撞机上的tc夸克产生

顶夸克在味物理的研究 ,电弱对称性破缺 ( EWSB)和新物理探索中起着重要的作用 .对含有顶夸克的味改变标量耦合 ( FCSCs)过程的研究为验证各种新物理模型提供了很重要的证据 .TC2人工色模型( Topcolor- assisted Techcolor Model)预言了三个物理可观测的特征 Top介子 :π0t,π±t .那么在高能对撞机上探测 Top介子的信号可用来检验 TC2理论的正确性 .本文在 TC2人工色模型框架下 ,考虑在高能直线 e e-对撞机 ( LC)实验中 ,通过 γγ→π0t→tc tc这个过程看能否探测到 π0t 的存在 .计算结果表明 :该过程在探测味改变 t- c-…     

探索质量起源与2013年诺贝尔物理学奖

 本文首先介绍1964年Peter Higgs及Francois Englert等提出的Higgs机制及其在电弱标准模型的建立中所起的重要作用,说明为什么2012年实验上发现一个Higgs玻色子后,2013年的诺贝尔奖就颁给Englert和Higgs。然后指出,接下来重要的是在实验上进一步探测这个Higgs玻色子对标准模型预言的偏离,和探索可能的新物理。LHC的升级实验和将来的高能对撞机对实现这个目标至关重要。最后展望粒子物理的发展前景。     

希格斯粒子与暴涨宇宙

希格斯(Higgs)粒子是迄今为止发现的第一个标量粒子.在粒子物理标准模型中,希格斯粒子起到了非常重要的作用.另一方面,在宇宙暴涨时期,使宇宙加速膨胀的往往是也一个标量场,或者标量粒子,被称为暴涨子.由于能标的不同,希格斯粒子不能直接作为暴涨子,但通过一些间接的手段,暴涨子却有可能是希格斯粒子在高能标时的另一种表现形式.本文作者回顾了希格斯暴涨模型,并且着重讨论了宇宙学常数在暴涨中所起到的作用.     

中性top-pion在高能正负电子对撞机上的产生

中性top-pion在高能正负电子对撞机上的产生@岳崇兴$河南师范大学物理与信息工程学院!河南新乡,453002 @徐庆君$河南师范大学物理与信息工程学院!河南新乡,453002&&&&