大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC上中微子質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)制的唯象學(xué)研究.pdf

1、粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型自建立以來已經(jīng)被證明是非常成功的理論模型。然而，物質(zhì)質(zhì)量的起源仍是一個(gè)未知的基本問題，而且我們希望統(tǒng)一自然界中的各種基本作用力。標(biāo)準(zhǔn)模型中負(fù)責(zé)電弱對(duì)稱破缺的輕Higgs導(dǎo)致了精細(xì)調(diào)節(jié)問題，而且它無法統(tǒng)一電弱和強(qiáng)作用，這都意味著標(biāo)準(zhǔn)模型只是一個(gè)不完全的低能有效理論，TeV能標(biāo)下一定存在新的自由度可能在高能碰撞中出現(xiàn)。另一方面，來自中微子和暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)也強(qiáng)烈支持存在超出標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理。特別的，太陽和大氣中微子振蕩實(shí)

2、驗(yàn)揭示中微子具有非零質(zhì)量并且彼此混合，這是目前證實(shí)存在最小標(biāo)準(zhǔn)模型以外新物理的第一個(gè)證據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)啟發(fā)人們投入大量努力來探索這一新物理的本質(zhì)。在這方面的進(jìn)展中，帶有大標(biāo)度輕子數(shù)破壞的所謂seesaw機(jī)制是最具吸引力和自然性的中微子質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)制。然而傳統(tǒng)的seesaw精神在于存在一個(gè)非常高的能標(biāo)∧～1014-15 GeV，意味著在將來的實(shí)驗(yàn)中無法檢驗(yàn)這種機(jī)制預(yù)言的新物理態(tài)。
　　 歐洲核子中心(CERN)即將在2009年運(yùn)行的大型

3、強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC將把我們帶入一個(gè)前所未有的高能量高亮度的新物理時(shí)代，并使我們有機(jī)會(huì)探測(cè)TeV能標(biāo)下的新物理。因此研究LHC在探測(cè)TeV能標(biāo)下中微子質(zhì)量產(chǎn)生新物理機(jī)制方面的能力是非常緊迫的。我們?cè)诒疚闹姓{(diào)查了兩個(gè)有著極強(qiáng)物理動(dòng)機(jī)的中微子質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)制在TeV能標(biāo)LHC上檢驗(yàn)的可能性：
　　 1.Type II seesaw，這種機(jī)制在標(biāo)準(zhǔn)模型以外引入了一個(gè)Higgs三重態(tài)。我們系統(tǒng)研究了模型的參數(shù)空間。受中微子振蕩實(shí)驗(yàn)指引，我們首先

4、通過重新產(chǎn)生輕中微子質(zhì)量和混合方式來建立允許的參數(shù)范圍。然后我們預(yù)測(cè)了LHC上的相關(guān)信號(hào)。我們發(fā)現(xiàn)在樂觀的參數(shù)空間，通過分辨帶電Higgs玻色子輕子數(shù)破壞衰變過程的味道結(jié)構(gòu)，可以區(qū)分中微子質(zhì)量的正常級(jí)差，反常級(jí)差和類簡(jiǎn)并模式。我們強(qiáng)調(diào)單電荷Higgs玻色子衰變的關(guān)鍵角色。H±±H±的聯(lián)合對(duì)產(chǎn)生對(duì)檢驗(yàn)Higgs場(chǎng)的三重態(tài)性質(zhì)是非常關(guān)鍵的。發(fā)現(xiàn)H+→ T+－V或H+→ e+-V將會(huì)是強(qiáng)有力的檢驗(yàn)，因?yàn)樗鼈儾灰蕾囉谖粗腗ajorana相角。

5、結(jié)合雙電荷Higgs衰變，例如H++→e+μ+，e+T+，μ+T+，我們將可能提取出Majorana相角。我們仔細(xì)研究了上述所有方面，給出在LHC上檢驗(yàn)這種有趣的中微子質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)制的所有可能性。
　　 2.一種基于SU(5)規(guī)范對(duì)稱性的簡(jiǎn)單大統(tǒng)一理論，它預(yù)言了TeV能標(biāo)輕子夸克態(tài)(leptoquark)的存在，這種標(biāo)量物理態(tài)同時(shí)攜帶輕子和重子數(shù)。在這個(gè)理論中SU(5)對(duì)稱性意味著leptoquark與物質(zhì)場(chǎng)的耦合是與中微子質(zhì)量矩

6、陣相聯(lián)系的。我們研究了中微子質(zhì)量，混合參數(shù)和leptoquark衰變之間的關(guān)系。我們給出如何通過在具體leptoquark衰變道中發(fā)現(xiàn)相應(yīng)輕子來區(qū)分中微子質(zhì)量譜。相關(guān)的來自于輕子味道破壞，介子衰變和電弱精細(xì)數(shù)據(jù)的低能限制也被討論。leptoquark在LHC上不同的產(chǎn)生機(jī)制和信號(hào)也被仔細(xì)研究。通過區(qū)分發(fā)現(xiàn)事例的輕子味道組成，我們可以進(jìn)一步檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)中微子質(zhì)量譜的預(yù)言。特別的，b味道的確認(rèn)對(duì)區(qū)分中微子質(zhì)量譜和提取反常級(jí)差下未知Majora