LHC上Higgs耦合特性研究中的新物理探索

《LHC上Higgs耦合特性研究中的新物理探索》是依託昆明理工大學，由段鵬飛擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：LHC上Higgs耦合特性研究中的新物理探索
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：段鵬飛
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

尋找Higgs粒子以及精確測量其物理性質是大型強子對撞機（LHC）的一個重要物理實驗目標。ATLAS和CMS合作組近來探測到一個新粒子作為Higgs粒子候選，實驗上還需精確測量其性質，才能確定其是否為標準模型（SM）預言的Higgs粒子，任何和SM預言相背離的性質都預示著新物理存在的證據。本項目計畫在SM和小Higgs模型下通過對LHC上Higgs伴隨頂夸克對（或矢量玻色子對）產生過程的NLO QCD修正研究，精確檢驗Higgs與頂夸克（或矢量玻色子）的耦合特性，分析各可觀測量與小 Higgs模型參數的關係以及它們在兩種模型下的差別，給出LHC上可能存在新物理信號的小Higgs模型參數空間以及鑑別新物理信號的方法，為LHC實驗上精確測量Higgs與頂夸克（或矢量玻色子）的耦合性質以及給出小Higgs模型參數更嚴格的限制提供精確的理論依據。

結題摘要

2012 年，歐洲核子中心的大型強子對撞機(LHC)上的ATLAS和CMS兩個實驗組同時聲稱發現了一個質量在125 GeV 附近的新的玻色子。現有的實驗分析表明這個新的粒子極有可能是粒子物理標準模型中的Higgs。這一發現是粒子物理歷史上極其重要的成就。但是，這僅僅是理解電弱對稱性破缺的第一步。對類標準模型的Higgs 玻色子以及在TeV 能標下超出標準模型的新物理的更進一步的精確研究是迫切需要的。小Higgs模型是眾多新物理模型中很有希望的一個，對其進行精確研究是十分必要的。本項目首次在小Higgs模型下對Higgs玻色子對產生過程的QCD修正進行了系統的研究，相關研究成果已以論文的形式正式發表。我們的研究為LHC實驗對小Higgs模型的進一步探索以及Higgs耦合特性的檢驗提供了精確的理論依據。項目總體上完成了既定的目標，只是在研究內容上根據實際情況做了調整。LHC上Higgs玻色子對產生過程因在標準模型下截面很小，所以在新物理中卻備受關注, 該過程對探索新物理、檢驗Higgs自耦合以及探討與Higgs耦合的更重粒子的存在性等問題的研究中，是一個主要的研究對象。本項目在小Higgs模型下，通過對LHC 上重Z規範玻色子（ZH）對的產生來研究Higgs玻色子對的產生事例，並著重討論其中的次領頭階QCD效應。在對該產生過程次領頭階QCD效應的研究中，我們採用費曼圖減除方案, 採用該方案既可以避免重複計算的問題，同時又能夠保證微擾QCD的收斂性。通過對領頭階以及QCD修正後的總截面隨重整化和因子化能標變化行為的研究，我們發現QCD 修正後的積分截面對能標的依賴性有些許降低。通過在殼ZH 的級聯衰變，我們可以得到典型的末態產物的運動學分布。在選用了合理的四底夸克事例選擇方案後，我們觀察到領頭階的分布被QCD修正很可觀地增大了。我們選用末態所有四個底夸克橫動量之和（HT）為觀測量，通過對該觀測量在標準模型的背景和我們所研究的產生信號中的分布行為的比較，我們發現了明顯的差別。因此，通過選用合理的HT 觀測視窗，我們可以把雙Higgs 的信號事例從標準模型的背景中分離出來。總之，本項目通過對小Higgs模型下Higgs玻色子對產生過程的QCD修正研究，為LHC實驗上進一步探索小Higgs模型以及精確檢驗Higgs粒子的耦合特性提供了精確的理論依據。