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粒子物理标准模型(SM)被认为是20世纪比较成功的理论物理模型之一,它很好的描述了强、弱以及电磁相互作用。自其建立以来在实验上得到了很好的验证,但同时在模型中和实验观察上也还存在一些尚未解决的问题。理论上存在诸如自由参数太多、平庸性、不自然性等问题,实验上负责自发对称性破缺的Higgs粒子到目前还没有得到实验的完全确认。这使得人们认为标准模型只是一个低能有效理论。于是从不同的理论和动机,人们提出了许多新物理模型来对标准模型进行扩充。其中比较有代表性的是Z模型、左右对称模型、超对称模型及Little Higgs模型等。
一种简单而有效的对标准模型的扩展是在其规范群基础上引入额外的U(1)规范对称性。通常会伴随一种的新的规范玻色子Z粒子的产生,于是在高能物理实验中会产生丰富的唯像学。另一种对标准模型的扩展是左右对称模型,它基于规范群SU(2)L×SU(2)R×U(1)B-L。提出的目地是为了解决宇称(P)破坏的起源以及中微子的小质量问题。同时,在对称性自发破缺之后,模型中Higgs多重态产生的真空相位还可以为电荷共轭-宇称(CP)破坏提供一种可能的来源。在本文的第二部分对这两种模型的构建过程给出了一般性介绍。
第三部分介绍了我们构建的一个紫外完整的且无反常的Z模型。在模型中没有引入任何超出标准模型的奇异费米子。在该模型中,前两代费米子的U(1)荷相同而不等于第三代费米子的U(1)荷。在对称性自发破缺后,当旋转到夸克和轻子的质量本征态下,对于Z玻色子会存同时存在在味改变及味守恒的耦合。对于味守恒的过程,我们利用最新的dijet和di-lepton实验结果对Z玻色子的质量和规范耦合系数给出了限制。而对于味改变和左右不对称的情况下,则考虑了t-道过程对Tevatron上顶夸克对产生过程前后不对称性的贡献,同时也考虑了LHC上同号顶夸克对产生过程的限制。
第四部分中介绍了一种新的扩展后的左右对称模型,被称为双Higgs双二重态模型(2HBDM)。在该模型中能够实现自发的P与CP破坏同时能够保证满足低能唯像要求而不存在精细调节问题。通过仔细的研究发现,2HBDM不仅能够克服最小左右对称模型的一些缺点,同时在退耦极限下,即当右手标度vR远比电弱标度高时,2HBDM能够退耦到具有自发CP破缺的双Higgs模型。同时,在退耦极限下,模型中存在的质量在电弱标度的Higgs粒子可能会在LHC及未来的ILC实验上产生丰富的实验现象。