對稱性破缺理論機制與 LHC 實驗探測新物理的研究

《對稱性破缺理論機制與 LHC 實驗探測新物理的研究》是依託清華大學，由何紅建擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：對稱性破缺理論機制與 LHC 實驗探測新物理的研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：何紅建
• 項目類別：面上項目

項目摘要

CERN大型強子對撞機 LHC的核心物理目標就是要探索對稱性破缺機制和質量起源。LHC於2010年3月開始在7 TeV對撞能量運行至2011年底，已成功獲取數據並發表了一系列新實驗結果，對標準模型希格斯粒子可能的質量範圍給出了很強的限制。LHC今年3月起將在8 TeV對撞能量運行，並計畫年底前積累15/fb 積分亮度，預期將取得重要新物理結果，尤其是將確定標準模型希格斯粒子是否存在，為探索新物理進一步指出方向。本項目將在申請人原有工作基礎上，緊密結合LHC的最新實驗進展，深入研究對稱性破缺和質量起源的新理論機制；尤其是希格斯粒子可能存在和不存在的各種關鍵機制，暗物質的起源和暗物質粒子的直接探測和LHC的相關信號；系統分析LHC上實驗信號的定量預言和檢驗，繼續與國內ATLAS和CMS組的實驗同行密切合作，系統地進行新物理信號和實驗背景的分析與模擬，積極推動理論與實驗合作和共同探索。

結題摘要

2013-2016年我圍繞此重大課題積極展開研究。LHC Run-2於2015年春在13TeV對撞能量下運行至今，ATLAS和CMS已分別獲取超過30/fb的數據。這對於進一步提高統計置信度和發現超標準模型新物理非常重要。我緊密結合LHC和未來對撞機計畫及相關宇宙學和中微子實驗的最新進展，對希格斯新物理、暗物質、宇宙暴脹、暗能量、和中微子混合與振盪進行了創新性研究。我與實驗同行展開密切合作，推動新物理的分析和檢驗。(1).希格斯新物理：提出標度不變的新Higgs機制，解決Higgs的自然性問題，預言了LHC上的新Higgs信號和新暗物質候選者。分析預言較重希格斯通過的新衰變道Hhh的各種末態和LHC探測精度。分析預言CEPC對新物理能標的探測精度，和SPPC對希格斯自耦合新物理的探測精度。(2).希格斯的引力作用,暴漲理論,和暗能量的檢驗：系統研究了希格斯粒子的引力相互作用，首次證明了希格斯與引力作用遵守弱規範玻色子縱分量散射的等價定理；提出在LHC和SPPC上檢驗希格斯與引力作用的新反應道。系統研究希格斯暴脹理論的么正性限制，定量給出可靠參數空間，解決了文獻中的長期爭論。提出了三種新的希格斯暴脹理論，與宇宙學觀測和對撞機實驗符合。提出了通過引力透鏡直接探測暗能量的新方法。(3).暗物質物理：提出了關於暗物質候選者的三種新理論預言：鏡像暗物質、標度不變暗物質、引力暗物質。並研究它們通過直接探測、間接探測和對撞機探測進行檢驗。(4).中微子物理：使用輕子么正三角形的幾何方法推導了中微子振盪在真空和物質中的幾何表述和新公式，首次證明振盪CP相移與么正三角形角度定量相等，證明振盪公式最多只包含3個獨立參數,改寫了PDG傳統公式。給出物質中的近似解析振盪公式，比傳統PDG公式精度更好。提出了約束最大CP破壞(CMCPV)的新概念，提出和證明了關於CMCPV起源的普遍定理。