LHC时代单态场扩充超对称模型的限制与检验

The Singlet Extension of the Minimal Supersymmetric Standard Model (SEMSSM) is the most economic and effective extension of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM). The LHC and dark matter experiments are developing rapidly, which have constrained or eliminated many new physics models; Especially, the heavy Higgs searching results will constraint the parameter space of SEMSSM strongly. In this project, we will take heavy Higgs as the breakthrough point, following closely related experimental progress, employing advanced calculation technology, to constraint or eliminate several existing special scenarios of SEMSSM with new experimental results. We will study the nature of supersymmetric parameter space in broader scopes, broadening the ability of supersymmetry to explain the new experimental results, extending the phenomenology study of supersymmetry. We will give new scenarios to interpret new experimental results effectively, providing new possible explanations for them. In our new scenarios we will study systematically the nature of Non-SM Higgs and their super partners, calculate their influences on SM-like Higgs, dark matter and squarks, which will be helpful to the detecting and checking of new physics in experiments.

单态场扩充的超对称模型（SEMSSM）是对最小超对称模型（MSSM）的最简单有效的扩充。当前LHC和暗物质实验发展迅速，已经能够限制和排除一些新物理模型；尤其是重Higgs寻找实验的结果，将会对SEMSSM的参数空间产生强烈限制。本项目以重Higgs为切入点，密切联系实验进展，运用先进的计算手段，利用新的实验结果限制和排除SEMSSM一些现有的特殊参数方案，考察超对称理论的存活状态；在更广范围内研究超对称参数空间的性质，拓宽超对称模型解释实验结果的能力，丰富超对称唯象研究；提出新的参数方案更有效地解释新的实验结果，为实验结果提供新的可能的解释；在新的参数方案下系统地研究非标准模型Higgs及其超对称伴子的性质，计算它们对类标准模型Higgs、暗物质和超夸克的影响，对实验上探测和检验新物理有重要的指导意义。

在国家自然科学基金的支持下，本项目主持人建立了武汉大学第一个TeV物理唯象学，也是目前唯一一个专门的高能物理唯象学研究团队，包括在读研究生5名。在项目执行期间完成论文5篇，另有2篇已完成计算正在撰写中。次最小超对称模型（NMSSM）是最著名的单态场扩充的超对称模型（SEMSSM），目前LHC实验和暗物质直接探测实验对它有了较强的限制，同时也为其检验提供了机遇。对半受限（sc）的NMSSM模型，我们具体研究了在当前实验数据对它的限制，研究了类标准模型Higgs的不可见衰变和奇异衰变、轻Higgs、重Higgs、轻暗物质、轻higgsino等存在的特点、在对撞机上探测的途径、相互之间的关系，得到了scNMSSM可以在2σ水平上满足μ反常磁矩限制，轻singlino暗物质可以提供大小适中的暗物质残留密度，轻higgsino可以在高亮度LHC上得到检验等一系列有趣的结论。另外，我们还研究了受限最小超对称模型（CMSSM）的规范伴子质量不统一扩展模型、最小dilaton模型等。这些研究丰富了新物理唯象研究，对新物理模型构造有一定的导向作用，对LHC、暗物质等现有的实验有一定的指导意义，同时也为CEPC等未来对撞机的建造提供了一定的理论支撑。在计算技术方面，我们研究掌握了对撞机信号的蒙特卡洛模拟、机器学习用于超对称参数空间扫描等前沿技术，完成了相关的具体研究工作，并为机器学习技术在蒙特卡洛模拟方面的应用打好了坚实的基础。在人才培养方面，团队成员王坤同学已经成为机器学习在高能物理应用等方面的优秀青年学者，其作为唯一物理专业成员参加的团队在高能对撞粒子分类机器学习挑战赛初赛300多支队伍中脱颖而出获得第一名，相应复赛正在进行中。中文论文以绳杆复合摆问题为例，展示了物理唯象学的一般研究方法，对武汉大学本科生、参加全国物理竞赛的中学生等有一定的启迪作用，为高能物理唯象学研究积累了后备人才。