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BLMSSM模型框架内μ→e+q(?)过程和中微子质量的研究

郭涛  
【摘要】:物理学家们一直试图将强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用统一到一起。六十年代以来,温伯格、格拉肖和萨拉姆等人在SU(2)×U(1)规范群基础上,把弱相互作用和电磁相互作用统一起来,建立了弱电统一理论。在此基础上物理学家们又将描述强相互作用的量子色动力学(QCD)加入其中,最终得到了在SU(3)C ×SU(2)L×U(1)Y规范群框架下的粒子物理标准模型(SM)。Higgs粒子的最终发现更进一步证明了标准模型的正确性,并使SM更加完善。与此同时,在高能物理领域,新的粒子物理现象也在不断地被发现。其中大亚湾中微子振荡实验特别引人注目,其实验结果也表明了中微子具有微小质量。这个事实已超出了标准模型的理论框架。其他的实验事实也显示了 SM理论的局限性。粒子物理标准模型自身的缺陷暗示了标准模型之外的新物理的存在。最小超对称标准模型(MSSM),作为最简单的超对称理论,可以解释等级问题,保证规范耦合常数的高能标统一,而且还可以给出暗物质的候选者。为找到最小超对称模型所预言的诸多新粒子,大型强子对撞机已收集了海量的数据。但是,之前的实验探测主要还是依据R宇称守恒的假定。基于LHC的实验结果,一些低能的比最小超对称模型更大一点的超对称模型也已经被不断提出来,尤其是基于R宇称破缺机制的模型也被提出来了。在标准模型中R宇称是守恒的,最小超对称标准模型中R宇称也是守恒的,R宇称的引入是为了使质子保持稳定。在可重整化的水平上,R宇称守恒是禁止重子数和轻子数破坏的。宇宙学的观测结果发现重子数和反重子数应该是不平衡的。但是根据大爆炸的理论,宇宙初期会产生等量的物质与反物质。Sakharov等人指出导致这样结果的可能原因有三种:1.重子数存在破缺作用,2.存在CP破坏作用,3.热平衡存在偏离作用。在微扰水平上标准模型中重子数是守恒的,在非微扰水平上尽管由于存在量子效应的弱相互作用使得重子数破坏,但其破坏作用太小而又不足以解释正反物质的不对称性。另外,不管是在标准模型中还是在最小超对称模型中,中微子没有质量而且只参与弱相互作用。但是中微子实验结果表明中微子不仅有小的质量,而且不同代的中微子之间可以相互混合。由于这两个原因,标准模型或是最小超对称模型都需要在理论上进行扩充。近年来,基于规范对称群SU(3)C(?)SU(2)L(?)U(1)Y(?)U(1)B(?)U(1)L在TeV能标左右的重子数和轻子数被规范的最小超对称模型(BLMSSM)被提出,U(1)B中的B表示重子数,U(1)L中的L表示轻子数,在这个理论模型中,重子数和轻子数在TeV能标附近是可以局域规范对称性自发破缺的。重子数破缺就能解决宇宙中正反物质不对称性的问题,轻子数破缺能够解决中微子具有小质量的问题。BLMSSM模型是广受青睐的新物理模型之一。其唯象学性质一直是理论研究的热门课题。本文在BLMSSM模型框架内,研究原子核内带电轻子味道破坏过程μ→ e + qq。在这个过程中我们考虑了一些新参数和新贡献,例如新引入的参数gL,tan βL和VLt等.经过详细的数值分析,我们发现:1.不同参数对原子核中μ→e过程的影响程度有所不同。gL出现在标量轻子、标量中微子、轻子中性微子的质量矩阵中,数值分析表明gL对结果影响明显,其取值不能太大。作为敏感参数,Sm和MLf分别为矩阵mL及mR的对角和非对角元素,对结果都有重要影响。tanβ与vu和vd有关,出现在所有对μ→e过程有贡献的粒子的质量矩阵中。在μ→e过程中tanβ的数值要求比较苛刻。2.BLMSSM模型框架内原子核中μ→e过程可以达到实验上限。随着实验精度的提高,我们相信在不久的将来会有μ→e的过程被发现的。我们利用BLMSSM模型和质量插入近似法研究中微子混合矩阵的单圈修正。我们得到的单圈修正包括:1.标量轻子-带电微子的修正;2.标量微中子-轻子中性微子的修正;3.标量中微子-中性微子的修正;4.希格斯粒子-带电轻子的修正;5.额外希格斯-中微子修正。我们得到了树图和单圈对中微子混合矩阵的贡献。推导了单圈修正的有效轻中微子质量矩阵Mveff。利用“top-down”方法,给出了中微子质量和混合角的计算公式。对于中微子质谱,对正常顺序(NO)和反转顺序(IO)条件进行了数值讨论。在我们所使用的参数空间中,得到的中微子三个混合角和两个质量平方差的数值结果可以解释相应的实验数据。我们的结果表明,轻中微子的质量约为10-1 eV。给BLMSSM模型提供了更严格的参数空间约束。


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1 郭涛;BLMSSM模型框架内μ→e+q(?)过程和中微子质量的研究[D];河北师范大学;2019年
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