高能对撞机上左右双希格斯模型的唯象研究

The exploration of new physics beyond the Standard Model is a research hotspot in particle physics nowadays. CERN Large Hadron Collider (LHC) is officially running, and the International Linear Collider (ILC) is also in the design, so it is urgent and necessary to study the phenomenon of some new physics models at these high energy colliders. The twin Higgs mechanism has recently been proposed to slove the little hierarchy problem. Left-right twin Higgs (LRTH) model is a concrete implementation of the twin Higgs mechanism in left-right models and have a rich phenomenology at the high energy colliders. Combined with the progresses of latest experimental data and theory, the project will study the phenomenon of the LRTH model at high energy colliders by using the field theory and advanced computing programes. This contents of the project include: 1)The parameter spaces in the LRTH model will be constrained by using the latest experimental data; 2)The natures of the Higgs particles will be systemly studied, and the possible signatures of the typical particles predicted by the LRTH model will also be studied at the high-energy colliders, including the detail analyses of the SM background. The research of this project has important significance for detecting the signs of the LRTH model at future experiments, inspecting and perfecting the LRTH model, as well as providing a theoretical basis for the experiment.

探索超出标准模型的新物理是当前粒子物理领域的一个研究热点。欧洲大型强子对撞机LHC已正式运行，国际直线对撞机ILC也在积极设计中，在这些高能对撞机上开展一些新物理模型的唯象研究是迫切和必要的。双Higgs机制是为了解决小的等级问题所提出的一种新理论，左右双希格斯(LRTH)模型是双Higgs机制在左右手模型中的具体实现，在对撞机上具有丰富的现象学。本项目将密切跟踪实验和理论的进展，利用场论的方法，借助先进的计算程序，探索LRTH模型在高能对撞机上的现象。研究内容主要包括：1）探讨最新实验结果对LRTH模型参数空间的限制；2）系统研究Higgs粒子的性质以及该模型中的特征粒子在高能对撞机上产生的可能物理信号，并进行详尽的背景分析。本项目的研究为将来在实验上探测LRTH模型存在的物理迹象，检验并完善该新物理模型，以及为实验提供理论依据等方面具有重要意义。

粒子物理学中描述强相互作用和电弱相互作用的标准模型（SM）是迄今描述微观粒子相互作用最成功的理论模型。然而 SM自身仍存在的一些理论问题（如规范等级问题、无法解释中微子质量和暗物质等），人们普遍相信 SM 只是一个低能有效理论，在 TeV 能标附近应该有新物理存在。双 Higgs 机制是为了解决小的等级问题所提出的一种新理论，左右双 Higgs（LRTH）模型是双 Higgs 机制在左右手模型中的具体实现。除了类 SM 的 Higgs 粒子，该模型也预言了重的类矢 T 夸克、重的规范玻色子、中性和带电的标量粒子等，它们会在高能对撞机上产生一些独特的信号。. 在过去三年，本项目组成员基于正在运行的 LHC 实验和计划中的高能直线对撞机，主要在 LRTH 模型下开展了一些唯象研究工作：（1）研究了 LRTH 模型中类标准模型 Higgs 玻色子的性质， 并根据 LHC 实验 Higgs 的相关数据进行整体拟合从而给出对参数空间的限制。（2）研究了轻的赝标粒子ϕ0的衰变和产生过程，特别是当它的质量小于类标准模型 Higgs 粒子质量一半时的唯象学。（3）研究了 LHC、XENO100 和 LUX实验对 LRTH 模型中暗物质候选者的限制。（4）研究了在高能直线对撞机上 T 夸克联合产生的一系列过程，给出各个过程的产生截面并做了简单的背景分析。（5）研究了 LRTH 模型中的类 SM 的 Higgs 玻色子在 ILC 上的三个重要产生过程。结果表明未来的 ILC 实验能给能标参数f 很强的限制。另外，根据新物理理论的最新发展动态，我们把研究范围推广到模型无关的有效场理论，在有效场理论下研究了Top-Higgs味改变耦合在LHC上可能的物理信号，并研究了单个类矢T夸克在LHC上可能的物理信号。为今后继续进行新物理唯象研究奠定了基础。相关研究成果被整理成9篇学术论文发表在SCI源期刊上。