LHC和未来对撞机上的新物理唯象学研究

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自从2012年在LHC Run-Ⅰ上发现了类标准模型的Higgs玻色子之后,学习和研究它的性质成为寻找超出标准模型新物理最重要的窗口之一。除了当前运行中的LHC以及其升级之后的HL-LHC,各种计划中的未来Higgs工厂,包括CEPC、ILC以及FCC-ee,也能对Higgs的性质有很好的测量,尤其是对Higgs的耦合测量可以达到十分精准的程度。在本文中我将重点学习未来正负电子对撞机上Higgs耦合的精确测量结果,研究它们对各种新物理模型的影响。具体而言,我选取了新物理模型中比较具有代表性的两类,以标准模型的单态场扩充模型、双Higgs对模型、最小超对称模型作为弱相互作用模型的具体实例,以最小组合Higgs模型(MCHM)和强相互作用有效算符表述方式中三种典型模式作为强相互作用模型的具体实例,通过综合利用Higgs各种探测通道的精确测量结果进行全局拟合得到对具体模型在95%C.L.限制下的存活参数空间。  对于标准模型的单态场扩充模型,我利用Higgs耦合的精确测量结果拟合得到了单态场和二重态场混合角sinθ的限制,同时也对诱导产生的高阶算符Wilson系数做了对应的限制。  在2HDM中,我设定最轻的CP-even的Higgs为类标准模型Higgs。首先在平面tanβvs.cos(β-α)上分析了树图阶的效应,并对比了LHC Run-Ⅰ、LHC Run-Ⅲ、HL-LHC、CEPC、FCC-ee以及ILC的上的Higgs耦合实验结果的探测能力,同时也讨论了利用Higgs耦合的实验测量结果区分2HDM四个类型。结果显示未来正负电子对撞机相比于强子对撞机其限制能力得到极大提高。其次将2HDM一圈修正结构纳入考虑,并依据参数分为三步:第一步是在“alignment limit”(cos(β-α)=0)以及其它重Higgs质量简并情况下发现Higgs耦合对于重Higgs质量在部分参数空间有极强的限制,第二步是在“non-alignment limit”下学习cos(β-α)偏离0时对于重Higgs质量限制的影响,第三步是在“non-alignment limit”下学习Higgs耦合精确测量结果对于多个重Higgs质量劈裂的限制,结果显示质量劈裂得到极大的限制。同时为了更加充分的研究重Higgs质量劈裂,我也将Z-pole物理的限制通过S、T、U参量考虑进来,发现与Higgs性质测量结果可以相互补充,综合考虑可以将重Higgs质量劈裂限制在200GeV的范围。对于圈图阶的结果我也都对比分析了CEPC、ILC、FCC-ee不同的探测能力。  同时作为2HDM的一个具体实现——最小超对称模型MSSM,因为其预言了标准模型的Higgs质量,因此这里将综合Higgs耦合精确测量结果和Higgs质量测量结果进行全局拟合,结果显示CEPC的Higgs耦合实验结果可以将CP-odd Higgs质量mA限制到1TeV以上,而Higgs质量的实验结果可以对左右手stop混合最大的参数空间中的MSUSY给出一定的上限。  另外对于最小超对称模型,我也着重学习了Z工厂精确测量中的Rb对于参数空间的限制能力。在满足当前各类实现限制,讨论普通最小超对称模型和自然最小超对称模型natural MSSM。结果显示利用未来FCC-ee上预估的精确测量值δRb=2.0×10-5,在没有观测到任何超出标准模型新物理的情形下,我们可以将右手的stop排除到530GeV,将sbottom排除到850GeV,将带电的重Higgs玻色子H±质量在大tanβ排除到770GeV。当综合考虑从所有通道的一阶圈图效应时,其总修正自然超对称模型natural SUSY在可以达到1×10-4,而对于通常广义的MSSM而言其修正可以达到2×10-4  对于强相互作用模型,在MCHM中Higgs精确测量物理量被转化为“vacuum misalignment”参数ξ的限制,进而限制MCHM的能标f。在强相互作用的三种典型模式中,我得到了强动力学能量尺度m*的下限。它是强相互作用耦合g*的函数。另外如果Higgs工厂上能够观测到偏离标准模型Higgs耦合的迹象,根据不同模型间的联系和区别,我也探索了区分不同模型/模式的方法。
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