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利用CEPC对撞机寻找暗物质粒子

徐永衡  
【摘要】:自19世纪末20世纪初开始,对银河系星系绕银心速度的观测便显示出引力平方反比率预测结果的偏移。为了解释这一现象,许多理论方案被提出,包括修改引力理论(MOND),暗星体,暗物质等。本文将对暗物质问题的历史发展做一简单回顾,并着重介绍我们在CEPC上研究的暗物质粒子模型。环形正负电子对撞机(CEPC)是由我国高能物理学界提出的新一代正负电子对撞机方案。它将运行在质心系能量在240,158-172,91.2三个不同的质心系能量下,产生大量的Higgs事例,从而精确测量其性质,并使得进一步深入研究电弱对称性自发破缺、质量起源等物理学基本问题成为可能。在本论文的工作中,我们研究了未来环形正负电子对撞机(CEPC)探测几种暗物质模型参数空间的能力,包括微小电荷暗物质模型,Z'媒介暗物质模型和几种低能有效场论暗物质模型。在我们的分析中,单光子末态被用作检测CEPC暗物质模型的主要信号。为了最大化信号和背景的比率,我们研究了由暗物质模型和标准模型产生的单光子末态的能量和角度分布,并设计了一组截断(CUT)来最大化信号-背景比率(S/(?)B)。对于Z1媒介暗物质,我们还分析了Z1玻色子可见衰变通道,并且发现该通道在某些参数空间中与单光子通道互补。我们还将CEPC能对暗物质模型做出的限制与与XenonlT相比较。我们发现,对于所考虑的暗物质模型,CEPC对某些参数空间具有前所未有的敏感性;例如,对于O(1)-100 GeV暗物质的先前对撞机实验,CEPC可以将对millicharge参数∈的限制提高一个数量级。本论文的结构如下:在第一章中我会对暗物质概念的起源与现状做一定介绍,在第二章中我则会对环形正负电子对撞机(CEPC)做一定介绍,第三章将会介绍我们在CEPC上主要研究的几种模型,第四章是对我们研究方法的一个详细介绍,第五章则主要是是研究的结果,第六章则是结论、总结与展望。


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