Higgs与超出标准模型新物理的研究

ATLAS and CMS discovered a standard-model-like Higgs boson at LHC in July 2012. This opened a new era for high energy physics, namely investigating the detailed properties of the new particles and interactions, as well as the possible associated new physics beyond the standard model. The subject is the main goal of this project，which includes (1) possible intimate relation between Higgs boson and spontaneous CP violation, and (2) mechanism/symmetry behind the Higgs boson. For (1) we will scrutinize the simplest model (with two Higgs doublet and conserving the CP symmetry) and the corresponding phenomenology of neutral and charged Higgs boson. In the end, we will try to find a realistic model. In (2), we will investigate the mechanism/symmetry behind the Higgs boson. For example, whether dark matter is closely related with Higgs boson? The project should widen the knowledge on the fundamental rule of Nature.

随着大型强子对撞机（LHC）的ATLAS和CMS实验组在2012年7月发现一个新的类标准模型Higgs粒子的存在，粒子物理进入了一个新的研究时期，即仔细研究此新粒子的详细信息和伴随的可能超出标准模型的新物理。本项目立足于此，具体内容包括：（1） Higgs 粒子与CP自发破缺之间的可能紧密联系的研究，（2）Higgs背后可能机制/对称性的研究。在（1）中我们将仔细研究最简单模型（即引入两个Higgs二重态但是拉氏量满足严格的CP对称性）的限制，包括来自加速器实验和所有低能观测量的限制，力争构造出现实的新模型。同时我们将开展中性Higgs 和带电Higgs的详细的唯象学研究，主要研究如何压低背景，从而更好的研究新的相互作用，以及进行更精确的理论计算。在（2）中，我们将研究Higgs背后的可能机制/对称性，以及伴随的超出标准模型的新物理。比如暗物质是否与Higgs的紧密相关？

本项目的成果是多方面的，得到的主要结果如下。仔细从理论上研究了自发CP破坏和Higgs质量有密切关系。我们发现：(a) 中性Higgs粒子一般都是CP混合态； (b) 存在其他的Higgs粒子，包括中性和带电的；(c) 一般会有大的Higgs的味改变中性流过程。这些性质，将在未来的实验上，如LHC，将进行进一步的验证。另外，在Lee模型中，我们得到两种可能的图像，一个是标量部分是强耦合的，一个标量部分是弱耦和。分别对应着不同质量谱的标量粒子。另一项重要的结果是，我们提出了在LHeC上研究Higgs的稀有衰变过程，并仔细分析了invisible衰变和4b末态的研究能力，发现至少LHeC在这些物理的研究中，可与HL-LHC相比，甚至优于它。