高能对撞机上带电Higgs粒子产生及衰变的精确研究

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2012年,欧洲核子中心的ATLAS和CMS探测器上发现了标准模型所预言的125 GeV的Higgs粒子。尽管标准模型中所包含的粒子都已被找到,但是在粒子物理领域中仍然有很多问题是标准模型所无法解释的,如中微子振荡,精细调节问题,暗物质,暗能量等。目前高能粒子物理领域的两大主要发展方向分别是精确检验标准模型和寻找标准模型之外的新物理。随着高能实验数据的不断积累,统计误差会不断降低,为了更好的研究理论和实验,我们在理论上需要给出更精确的预言。因此,需要在理论计算中考虑微扰论的高阶修正,重求和效应,降低PDF不确定性和能标不确定性等因素。在微扰论的高阶计算中,多圈费曼图的计算是必不可少的一部分,本论文在精确计算方面主要集中于多圈费曼图的计算。在寻找新物理方面,Higgs部分在研究电弱对称性破缺和质量来源等方面扮演者至关重要的角色。Higgs扩展模型在理论上对解决标准模型问题和寻找超出标准模型粒子提供了新的思路。带电Higgs粒子是很多Higgs扩展模型的重要特征之一,因此详细研究高能对撞机上带电Higgs粒子的性质就显得尤为重要。这也是本论文的重点研究对象。在Higgs扩展模型的研究上,本论文主要研究了双Higgs二重态模型(THDM)和Georgi-Machacek模型(GM模型)。THDM作为标准模型最简单的Higgs扩展之一,其包含两个Higgs二重态。THDM中额外的Higgs二重态提供了丰富的现象学,如带电Higgs粒子,CP破坏,暗物质候选等。本论文详细研究了 THDM中带电Higgs粒子在高能正负电子对撞机上伴随弱规范粒子产生的现象学。包括THDM的参数限制和参数选择方案,e+e-→H±W(?)过程的产生截面的双圈阶QCD修正并分析了产生截面与对撞能量和模型参数的依赖关系。GM模型在标准模型的Higgs部分引入了额外的实的三重态和一个复的三重态。相比只加入二重态的模型,GM模型还具有二重态扩展模型所不具备的特点,如预言了带双电荷的Higgs粒子,来自电弱精确测量的限制较弱等。本论文针对高能强子对撞机上带双电Higgs粒子通过矢量玻色子聚合产生做了详细的分析与讨论。其中包括GM模型的参数空间扫描,高能对撞机上pp→H±±h0jj过程的单圈阶修正,能标不确定性,带双电荷Higgs粒子的轻子衰变以及信号背景分析。在多圈费曼图计算方面,系统化的研究和发展了多种计算方法和开发相应的计算程序,主要包括Sector Decompositions方法和微分方程方法。在本论文中,对现有使用Sector Decompositions方法的程序的一些问题进行修正和采用一些数值计算方法来提高其计算效率。对于利用微分方程计算费曼积分的方法,研究并开发了系统化的计算程序,相比较现有使用Sector Decompositions方法的计算程序,极大地提高了计算效率,节约计算资源。同时,将该方法应用到高能正负电子对撞机带电Higgs粒子伴随产生的现象学研究上。
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