LHC上希格斯与味物理实验进展

希格斯场是标准模型中电弱对称性自发破缺的核心,通过与基本粒子的相互作用直接赋予质量,构建了粒子质量来源的机制.与希格斯相互作用的夸克质量本征态和参与弱相互作用的夸克味道本征态不重合使得不同代的夸克发生混合,即CKM机制,是目前唯一确定的CP破坏来源,但所提供的CP破坏远不足以解释宇宙正反物质不对称性.因此,在实验上对希格斯粒子和CKM矩阵进行精确测量以及寻找新的CP破坏来源是精确检验标准模型、寻找新物理的主要途径之一.正值希格斯粒子发现十周年,本文将介绍标准模型希格斯粒子以及味物理中CKM矩阵参数特别是相角测量在大型强子对撞机LHC实验上的最新进展,回顾北京大学高能物理研究团队在希格斯粒子及味物理实验方面的工作,献礼北京大学物理学科百十周年.     

LHC上的重大进展——发现Higgs粒子

2012年7月,欧洲核子中心CERN的大型强子对撞机（LHC）上的CMS与ATLAS实验组相继宣布发现了质量在125GeV附近的新粒子．其后,基于更多的数据和更深入的分析,CERN于2013年3月14日发表声明：“新的结果表明CERN发现的粒子是Higgs玻色子”．在简要回顾标准模型Higgs的理论以及在LHC之前的寻找结果之后,我们将结合近年来参-9CMS实验及Higgs寻找的工作经历,详细介绍LHC上Higgs玻色子的发现历程,以及对Higgs质量、耦合、自旋、宇称等性质的测量现状．     

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.     

双荷电类矢量轻子的衰变

标准模型单态标量粒子Φ是Higgs Portal标量模型的重要组成部分,可与Higgs耦合.Higgs的发现有助于单态标量粒子Φ的研究.增加满足标准模型规范对称性并能和Φ耦合的双荷电类矢量轻子,有助于Φ在LHC或者未来的环形对撞机上的探测.本文在标准模型中加入了一个标准模型单态标量粒子和一个双荷电类矢量轻子二重态,研究了这些双荷电类矢量轻子的衰变.结果表明:双荷电类矢量轻子二重态只与e_R耦合时,这些衰变过程D~-→e~-+h~0(Z~0),Δ~(--)→e~-+W~-和Δ_L~(--)→W~-D_L~(*-)→W~-e_R~-h~0可以发生,其中,D~-→e~-h~0衰变占主要地位.由于D~-和Δ~(--)质量劈裂很小,所以D~-→Δ~-W~+衰变是运动学禁戒的.     

“上帝粒子”魅影撩拨物理学家心弦

 2011年12月13日,欧洲核子研究中心(CERN)科学家们宣布,LHC所包含的ATLAS和CMS两大著名的探测器已经探测到了一种轻量希格斯粒子的线索,如果结果获得证实,将填补标准模型上唯一缺失的一环。但目前证据不足,还不能认为是一项确定的科学发现。     

寻找上帝粒子物理学家有望在最近找到希格斯粒子!

欧洲核子研究中心（CERN）在2011年12月13日发布了用它的大型强子对撞机（LHC）寻找希格斯粒子的最新情况。希格斯粒子是根据理论预言的一种尚未被证实其存在的“赋予一切物质以质量的基本粒子”。有两个研究小组正在分别利用LHC上的两套实验观测装置超环面仪器和紧凑μ子线圈独立进行旨在确认希格斯粒子存在的实验。前者小组得到的结果证实存在希格斯粒子的确认度为98．9％，后者小组得到的确认度为97．1％。要断定“发现”了希格斯粒子，确认度必须超过99．9999％，因而还不能说已经有了最后结论。但是，已经得到的结果令人欣喜，物理学家寻找多年的这种粒子很可能不久就会现出原形。     

我们的世界是由弦构成的吗？

正随着2012年所谓"上帝粒子"的希格斯粒子在欧洲大型强子对撞机(LHC)上被发现,描述物质基本组元及其相互作用的粒子物理标准模型取得了极大的成功。粒子物理标准模型成功地描述了除了引力之外的3种基本相互作用(强、弱和电磁相互作用),但是它仍然存在规范等级、宇宙学常数、暗物质等一系列问题。这些问题激励着物理学家寻找超出粒子物理标准模型的新物理,其中一个重要的思想就是联系费米子自由度和玻色子自由度的超对称性。     

在ILC上通过双玻色子道寻找带双电荷的希格斯玻色子

带双个电荷的希格斯玻色子(H5±±)是Georgi-Machacek(GM)模型预测的典型粒子,它们的衰变方式取决于三重态真空期望值的大小.研究了它们在国际直线对撞机(ILC)上通过双玻色子信号的产生过程.数值结果表明,只要双电荷希格斯玻色子的质量不是太大,在未来的ILC实验上可以观测到它们的信号.同时也对信号和相关标准模型背景进行了简单的唯象分析.     

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.     

抓到了“上帝粒子”

北京时N2012年7月4Et下午3点，日内瓦当地时间上午9点，紧凑¨子线圈（CMS）国际合作组发言人乔.因坎德拉（JoeIncandela）和超环面仪器（ATLAS）国际合作组发言人法比奥拉·贾诺蒂（FabiolaGianotti）在欧洲核子研究中心（CERN）先后报告了他们在大型强子对撞机（LHC）上寻找希格斯玻色子（HiggsBoson）的最新实验结果。     

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.     

希格斯三重态模型中三体希格斯玻色子在ILC上的产生

在希格斯三重态模型(HTM)的理论框架下,研究了带电希格斯玻色子对(H~±,H~(±±))与中性的希格斯玻色子h在国际线性对撞机(ILC)上的两个协同产生过程:e-e+→h H~+H~-和e-e+→hH~(++)H~(--),并计算了它们的产生截面,讨论了相关的标准模型背景.结果表明,在合理的参数空间内,这两个过程的产生截面分别达到几个fb和数十fb的量级,在未来的ILC实验上可能通过这些过程探测到HTM中带电标量粒子H~±和H~(±±)的信号.     

R宇称破缺的超对称模型中的τ^-→μ^-π^0（η,η′）衰变研究

τ-→μ-π0(η,η′)衰变可用来探测超出标准模型的具有轻子味破缺的新物理.在R宇称破缺的超对称(RPV SUSY)模型下对这些衰变的树图阶过程作了研究,结果表明这些衰变对该模型的轻子味破缺耦合参数很敏感,分支比可提高到目前的实验限.我们还得到了实验对RPV SUSY模型耦合参数的限制.     

HTM模型中带电希格斯玻色子在ILC上的联合产生

希格斯三重态模型(HTM)预言了类标准模型的中性希格斯玻色子h,还预言了单电荷和双电荷希格斯玻色子(H~±,H~(±±))的存在.主要研究了在高能光子对撞机上的两个三体产生过程:γγ→hH~+H~-和γγ→hH~(++)H~(--).计算结果表明,在合理的参数空间内,两种过程的产生截面分别达到几十fb和一百多fb,分析了主要的标准模型背景并计算了信噪比.由于较低的标准模型背景,在未来的高能直线对撞机上实验中可以通过这些过程探测到带电标量粒子H~±和H~(±±)的信号.     

LHC实验中双玻色子W±Z产生截面测量

欧洲核子中心(CERN)建造的大型强子对撞机(LHC)是槡s=14TeV的质子-质子对撞.在LHC上的ATLAS实验中,通过对衰变末态中的电子和缪子的分析,研究了标准模型理论中的双玻色子W±Z产生截面的灵敏性.同时,通过Monte Carlo模拟数据样本,也研究了双玻色子信号测量中本底的影响.研究表明,在最初的0.1fb-1积分亮度下,标准模型双玻色子W±Z信号的灵敏度可以好于5σ.     

Unparticle引起的轻子味破坏衰变

在Unparticle物理模型下讨论了轻子味破坏(LFV)衰变τ-→l-(V0,P0)(其中l=e,μ,V0(P0)代表中性矢量介子和赝标介子).首先提出了Unparticle物理与标准模型粒子有效相互作用模型,然后详细计算了τ-→l-(V0,P0)的衰变宽度和分支比,系统分析了所有相关实验对耦合常数限制,并给出了适当的参数空间.结果表明:在确定参数空间内,τ→lP0衰变模式具有很小的分支比,在实验上无法观测到;而在许多参数与空间内,τ→lV0衰变模式的分支比具有量级O(10-10～10-8),这在将来的LHC和超B工厂是可以观测的.     

R宇称破缺的超对称模型中的τ-→μ-π0(η,η'')衰变研究

τ-→μ-π0(η,η')衰变可用来探测超出标准模型的具有轻子味破缺的新物理.在R宇称破缺的超对称(RPV SUSY)模型下对这些衰变的树图阶过程作了研究,结果表明这些衰变对该模型的轻子味破缺耦合参数很敏感,分支比可提高到目前的实验限.我们还得到了实验对RPV SUSY模型耦合参数的限制.     

矢量双轻子与大型强子对撞机上的Higgs数据

考虑到反常磁矩aμ对RM331模型自由参数的限制,本文计算了矢量双轻子V±,U±±对Higgs衰变过程h→γγ和h→Zγ的贡献.数值结果显示:在合理的参数范围内,矢量双轻子可解释LHCγγ产生道的相关数据.     

用半经验耦合道模型计算重核俘获截面

物理超重元素合成是核研究的热点问题之一。为了能够有效的进行核反应实验合成超重核,准确计算出重核熔合反应的俘获截面是非常重要的。通过使用半经验耦合道模型和2步模型的方法计算重核的俘获截面,并对其结果进行比较。可以发现2种方法的计算结果均与实验值相吻合。由于2步模型计算重核反应俘获截面需要根据已知实验值调节参数,目前只能计算48Ca与50 Ti为入射粒子的核反应,不能计算更重的粒子作为入射粒子的核反应。而半经验耦合道模型方法则没有入射粒子的限制,具有普适性,可以计算任何弹靶组合的核反应俘获截面,并将其计算结果应用于2步模型的后续计算中。可用半经验耦合道模型方法对以52 Cr和58 Fe为入射粒子的核反应的俘获截面进行计算。     

LHC上B_c→PP,PV,VV过程的研究

欧洲核子中心的大型强子对撞机LHC已开始运行,B物理是实验前期的一个重要研究对象,由于LHC的高能量和高亮度,预计每年可观测到约5×1010个Bc介子,从而可以对Bc介子的性质进行详细研究[1].Bc介子质量小于产生BD介子对的阈值,且量子数B=-C=±1,因此Bc介子只能通过弱作用而衰变,因此它的寿命很长,可以在探测器中留下痕迹,这为我们研究它的衰变机制和精确检验粒子物理标准模型提供了理想的场所.