新物理中束缚态及其加速器唯像研究

Although the particle standard model (SM) successfully describes the known elementary particles and as well their interactions, physics beyond SM (BSM) is still necessary due to the lack of, among of many others, dark matter (DM) candidates, non-vanishing neutrino masses, baryon asymmetry and in particular the understanding of weak scale origin/stability. New particles and interactions are introduced in the BSM to address some of these problems. .The orders of new particle masses and interaction strengths can vary in a wide regions, depending on the models. In this project we propose to study a special situation where some of these particles, denoted as χ, are heavy and significantly interacting with each other through exchanging a much lighter particle X, schematically written as χχX; the heavier particles χ, due to the force mediator X are sufficiently stable so they can form heavy (TeV scale or even heavier) nonrelativistic bound state at colliders such as the CERN Large Hadron Collider (LHC) or the future colliders like the Circle Electron Positron Collider (CEPC) and 100 TeV proton collider proposed by China. Depending on decays of X, the bound state can produce remarkable heavy resonant di-photon, four-lepton or di-Higgs signatures at colliders. We will not only study bound state at colliders based on simplified models but also build complete models with close relation with the advanced topics listed before. In addition, we shall systematically calculate relativistic corrections using non-relativistic field theory. This project has deep implications not only to LHC but also to the future colliders proposed by China.

粒子物理标准模型成功地描述了已经发现的基本粒子及其之间的相互作用，但仍然有不少问题无法在标准模型中理解，如规范等级问题，暗物质缺失等。故而人们普遍相信存在新物理。.新物理模型引入了未知粒子和相互作用。本项目中我们将研究一类具有强烈理论动机的参数形式及其唯像：这些新粒子的质量谱展现出一定的等级差别，其中重粒子χ的衰变宽度较窄（甚至绝对稳定，如暗物质）且与轻粒子X有将强的三线性作用χχX，于是X传递χ之间的相互作用，使其形成非相对论极限下的束缚态B；加速器上，新共振态B将主要衰变到X对，从而依赖于X的衰变模式，预期可产生双光子/四轻子/双希格斯等显著的共振峰信号。我们将既从简化模型全面分析可能的束缚态信号及其在加速器上的探测前景，也会联系粒子物理前沿问题构造具体模型。此外，我们还将用非相对论场论的方法系统计算相对论修正。该项目对LHC以及我国正在预研的加速器都具有重要理论价值。

粒子物理标准模型成功地描述了已经发现的基本粒子及其之间的相互作用，但仍然有不少问题无法在标准模型中理解，如规范等级问题，暗物质缺失等。故而人们普遍相信存在新物理。.新物理模型引入了未知粒子和相互作用。本项目主要研究了一类具有强烈理论动机的新粒子及其新作用——暗非阿贝尔规范区，且不含动力学物质。这样的区在低能处于禁闭相，暗胶球是其低能自由度，能作为暗物质的候选者。虽然这不是一个新发现，但这样的暗物质一直有一个问题：其剩余丰度过大，除非宇宙早期间，暗规范区的温度远低于可见区的温度。我们提出了一种产生暗胶球剩余丰度的机制，即暗胶子是SM自由度紫外freeze-in产生的，从而可以自然的得到这种温度的等级差别。.在后续的工作中，我们研究了与暗规范区相联系的退禁闭相变——格点确证其为一级相变，从而是随机引力波的源。我们系统研究了相应的相变，以及产生的引力波信号的探测前景。.此外，在项目的支持下，我也展开了味物理的相关研究。我们的研究基于所提出的（第2、3）代相关的规范B-L模型，我和博士后对这个模型的主要味物理现象进行了多个研究工作。

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