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电子对撞机上暗物质与Z玻色子伴随产生的研究

万能  
【摘要】:粒子物理学是研究最深层次的微观世界中基本物质的结构、性质,以及在高能量下这些物质相互转化及其产生的原因和规律的物理学分支。标准模型在粒子物理学的发展中取得了举世瞩目的成绩,它所预言的所有粒子已全部被发现,但是Higg粒子质量平方发散问题,也就是等级差问题,一直困扰着标准模型。标准模型一直被科学界认为是一种低能有效理论,人们相信在TeV能标下将会出现新物理。对于整个宇宙的描述,标准模型还远远不够,暗物质就是目前尚未解决的几个重要问题之一。为了解决标准模型中所遇到的困难,人们提出了各种扩展模型,如超对称,额外维,小Higgs[7-8],Two Higgs等模型和一些有效场理论。高能对撞机为确定暗物质的微观属性提供一种独特的途径。弱相互作用大质量粒子被认为是最符合暗物质的候选者之一,一般认为其耦合超越标准模型中夸克和轻子之间的相互作用。本文采用有效场理论模型并通过正负电子对撞机产生暗物质和伴随一个z玻色子出现(e+e-→XXZ)的过程,给出了此过程的微分截面并分析了中微子对实验的干扰影响。在尽量不影响信号截面的前提下,选取适当的截断来压低背景,提高信号背景比率,为实验探测暗物质提供帮助。描述了在3σ探测区域下mx-A之间的关系,为在实验上探测暗物质能标给出了一个理论限制。考虑到电子的极化程度对搜寻暗物质有着非常重要的影响,分别计算了在不同极化程度的电子束对撞下得到的信号截面和背景,通过比较发现,适当极化电子束的选取对于寻找暗物质信号非常重要。与此同时,本文还研究了Z玻色子通过强子道衰变成夸克,与之前的通过轻子道衰变进行了比较。发现通过强子道我们可以得到更多的产生事例,同时信号显著度s也明显提高。当前强子对撞机(LHC)中A的值上限在700GeV,这要低于在国际直线对撞机(ILC)中研究单光子和单个Z玻色子产物中需要的A值的上限。因此,在高能标下,我们发现利用ILC寻找暗物质将会变的更加有效。


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