论文部分内容阅读
理解电弱对称性破缺的机制是在粒子物理学中最重要的问题。基于量子场论中的基本粒子的标准物理图像,Higgs标量场的真空期望值导致了电弱规范对称性的自发破缺。虽然标准模型理论上预言了Higgs粒子的存在,但是并没有预言它的质量,这给实验寻找带来了巨大困难。在经历了长达40年的寻找后,2012年6月4日,在欧洲核子中心的大型强子对撞机上,ATLAS实验组和CMS实验组同时宣布发现一个带有125-127 GeV质量的新粒子。到目前为止,通过各种实验已经证实,该粒子的性质、相互作用的类型和衰变的形式在很多方面都与标准模型所预言Higgs玻色子相一致。由于Higgs粒子的规范耦合对新物理敏感,任何对Higgs规范耦合的有改变的新物理都会导致从实验数据中得到偏离标准模型的结果。除此之外,Higgs规范耦合和三矢量玻色子的反常耦合极其相关。所以高能对撞机上对Higgs性质的精确测量十分重要,既是检验标准模型正确性的一个关键,又是寻找新物理的一大窗口。因此,对Higgs规范耦合的研究对于检验标准模型以及探索新物理都有极为重要的作用。在本论文中,我们通过高能强子对撞机上的pp→HZW±过程和高能正负电子对撞机上的e+e+→HZγ过程详细研究了Higgs与ZW、Zγ的规范耦合。计算了这两个过程的次领头阶修正:采用在壳重整化方案,通过增加抵消项来消除圈图中的紫外发散;使用双截断相空间分隔方法处理实辐射中的红外发散;采用FeYnArts、FormCalc、 LoopTools、CompHEP等程序包进行数值计算。除此之外,使用MadGrapph程序包进行了对撞机信号的Monte Carlo模拟。发现在标准模型理论框架下计算的次领头阶修正对这两个过程的散射截面具有很大影响:对于14 TeV LHC上的pp→HZW±过程,相应的单圈阶修正可以达到46%,并且次领头阶的修正降低了该过程的电荷不对称性的计算结果;对于240,300,350GeV对撞机上的e+e+→HZγ过程,次领头阶的相对电弱修正量分别可以达到-30%、--12%、-9.8%。本文还提出了在高能对撞机上探测该过程的剔除背景影响、增强可观测性的建议。14 TeV LHC上的pp→HZW±过程的末态W+衰变产生的“+粒子的横动量的分布的峰值在40 GeV(~mw/2)附近;Higgs玻色子衰变产生的两个b喷注倾向于背对背方向。次领头阶电弱修正量大大降低了e+e-→HZγ过程的末态光子横动量分布在低pT区域领头阶的微分散射截面;对于质心能为240 GeV的对撞机,大多数事例产生在光子横动量小于20 GeV的区域;对于质心能为350 GeV的对撞机,光子横动量可以更大。这些结果将对实验上精确测量Higgs规范耦合、检验标准模型的正确性以及寻找新物理具有重要的理论指导意义。