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U(1)_(L_μ-L_τ)模型预言的新粒子可能物理信号的研究

候金鑫  
【摘要】:由量子色动力学和电弱统一理论所构成的粒子物理标准模型是迄今描述微观粒子间相互作用和当前绝大多数实验现象最成功的理论模型。然而模型本身仍存在一些不足之处,例如自由参数过多、无法解释中微子质量和规范等级问题等。这些不足暗示着标准模型仅是包含于某种更基本的理论中的低能有效近似。在TeV能标处可能存在某些新物理。因此为了完善标准模型,人们提出很多超出标准模型的新物理理论。U(1)_(L_μ-L_τ)模型是在标准模型对称性群上扩展一个U(1)_(L_μ-L_τ)群,即增加了L_μ-L_τ对称性。此外,对标准模型粒子谱也进行了扩充,新引入两个额外的复标量粒子和三个右手中微子。非零的L_μ-L_τ电荷和L_μ-L_τ对称性的破缺提供一个暗物质候选者,也可以利用TypeL_μ-L_τI跷跷板机制解释中微子质量和混合问题。模型中还预言了一个额外的规范玻色子Z_(μτ),L_μ-L_τ对称性自发破缺之后将赋予Z_(μτ)质量。具有味破坏耦合的Z_(μτ)玻色子所介导的圈图可以对子反常磁矩产生很大贡献,并且可以很好地解释(g-2)_μ偏差。此外,这种质量为MeV量级的规范玻色子还可以同时解释宇宙中微子通量不足和在WIMP暗物质候选者方案中解决暗物质遗迹丰度等问题。模型中的新标量粒子不仅有助于Higgs耦合的精确测量,它还为解决标准模型中的规范等级问题提供了一个新的途径。因此,寻找这种新的规范玻色子和标量粒子在探索新物理中起着至关重要的作用。在本工作中,我们借助U(1)_(L_μ-L_τ)模型分别讨论了在质子L_μ-L_τ质子对撞机、电子L_μ-L_τ电子对撞机和质子L_μ-L_τ电子对撞机上寻找新规范玻色子Z_(μτ)和新标量粒子h_2可能存在的信号。我们不仅计算了不同对撞机上Z_(μτ)、h_1和h_2的产生截面,还分析了不同过程的可能末态信号和相应背景。利用蒙特卡罗模拟,通过一系列优化的截断,在尽可能保留信号的基础上进一步压低背景,计算了各个最优过程的S/√(S+B)值,并给出统计显著性为3σ(5σ)的参数限制,为探测这些新粒子提供了更加细致的理论依据。


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