大型强子对撞机上与Higgs相关的新物理研究

Electroweak precision measurement of Standard Model (SM) and searching for the new physics beyond SM are the driving forces behind the undergoing experiments at CERN the large hadron collider (LHC). Recently, the ATLAS and CMS collaborations have both reported that a SM-like Higgs boson has been detected at the LHC, which implies significant developments on the understanding of SM. Motivated by the experimental results, widely extensions on the new physics beyond SM have been studied, such as supersymmetric model, left-right symmetric model, extra dimension, two Higgs doublet model, grand unified theory, etc. Possible signatures of new physics beyond SM will be detected with improving collision energy and integrated luminosity. Especially, it provides the opportunities for study on the new particle masses involved in the new physics models as well as the interaction couplings. The processes related to Higgs particle production will be investigated in this project. We focus on the new boson signals from Z',W' and charged Higgs particles. Comparisons of the numerical result and detector simulation with the experimental observation can be used to study the new physics processes and distinguish various of new physics models.

精确检验标准模型、寻找标准模型之外的新物理信号是当前大型强子对撞机（LHC）实验研究的主要物理目标：实验研究方面，最近LHC上的ATLAS和CMS实验组发现了一个疑似标准模型中预言的Higgs粒子，在精确检验标准模型方面取得了相当大进展；理论研究方面，对于包括超对称模型、左右对称模型、额外维模型、双Higgs二重态模型、大统一模型等在内的新物理模型的探索与研究也在不断深入和扩展。LHC对撞能量和亮度的进一步提高有利于寻找超出标准模型的新物理信号（特别是对于各类新物理模型中预言粒子的质量及其相互作用强度参数等的研究）。本项目主要通过与Higgs粒子产生相关的新物理过程，研究各类新玻色子（如Z'、W'、带电Higgs粒子等）在强子对撞机上的产生信号，利用数值计算及探测器模拟等方法对其相关性质进行深入研究，将理论预言与实验结果进行比较，寻找新物理信号并对可能的新物理模型进行鉴别。

精确检验标准模型、寻找超出标准模型的新物理是当前高能物理研究的重要方向。Higgs粒子的发现，标志着人们寻找到了粒子物理标准模型的最后一块基石。标准模型理论成功的解释了大量的高能物理实验现象，是人类认识物质基本组成探究基本相互作用的巨大成功。但还存在如质量等级、暗物质、中微子质量等问题需要扩充或是修正标准模型理论。本项目主要进行了大型强子对撞机上与Higgs粒子相关的新物理研究，主要开展了四方面的研究工作。1）包含Z’粒子的ZH伴随产生过程的研究。利用ZH过程的对撞机信号明显的特点，我们给出了利用末态轻子分布前后不对称度来区分Z’粒子与费米子相互作用的方法，并且这一过程有助于我们理解Z’ZH相互作用的性质。2）研究新规范玻色子W’的产生过程。利用W’t的伴随产生，对于LHC上寻找新物理给出预言。系统分析了W’粒子的各种可能衰变道，选取合适的对撞信号，给出实验上寻找W’粒子的潜力分析，并且对比了左右手W’粒子的末态衰变产物的角分布，利用前后不对称度可以区分W’粒子的手征性。3）通过研究重Higgs粒子与顶夸克对的伴随产生过程研究Yukawa相互作用。利用top自旋关联，通过末态带电轻子的运动学分布选择合适的观测量，利用观测量数值或是分布的不同我们可以确定Higgs粒子的标量性、赝标量性或两者混合性，并且我们也分析了主要的背景过程给出了不同对撞能量下的信噪比。4)强子化过程中色连接效应的研究。强子化过程是研究高能对撞过程不可避免的部分，深入理解强子化过程有助于我们在对撞机上寻找新物理信号。在强子化过程中四个重夸克产生的色结构可以有不同的组合形式。利用不同的强子化模型，我们模拟计算了双重重子产生过程。通过末态事例形状的分析，我们发现夸克组合模型和弦碎裂模型的结果是一致的。本项目的研究工作有助于人们理解Higgs粒子的性质以及探索超出标准模型新物理。

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