Исследование расширений хиггсовского сектора электрослабой теории

• Автор: Чалов, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 98 с. : ил.

Исследование расширений хиггсовского сектора электрослабой
теории
1 Введение
2 Эффекты расширенного хиггсовского сектора в редких распадах Кмезона
2.1 Введение
2.2 Модель Вайнберга
2.3 Экспериментальные наблюдаемые
2.4 Поперечная поляризация мюона в К^ распаде
2.4.1 Вклад СМ в поперечную поляризацию
2.4.2 Поперечная поляризация мюона в модели Вайнберга
2.5 Т-нечетная корреляция в распаде
2.5.1 Вклад СМ в Т-нечетную корреляцию
2.5.2 Т-нечетная корреляция в модели Вайнберга
2.6 Экспериментальные перспективы
2.7 Выводы
3 Поиск эффектов от псевдоскалярного бозона Хиггса на ЬЕР II
3.1 Введение
3.2 Модельно независимый подход
3.3 Процесс е+е~ —► ийЪЪ на ЬЕР II
3.4 Выводы
4 Исследование хиггсовского сектора на Г4ВС
4.1 Введение
4.2 Выбор процессов для поиска сигнала от хиггсовского бозона
4.3 Исследование эффектов псевдоскалярного хиггсовского бозона в НЬЬ
взаимодействии
4.3.1 Процесс е+е~ —* ЬЬе+е~
4.3.2 Процесс е+е_ —* ЬЬий
4.4 Использование поляризационных наблюдаемых для определения СР-свойств
хиггсовского бозона
4.5 Исследование эффектов псевдоскалярного хиггсовского бозона в Нт+т~-
взаимодействии
4.5.1 Процесс е+е" —* т+т~ий
4.5.2 Алгоритм восстановления СР-состояния хиггсовского бозона по продуктам распада т-лептона
4.6 Сравнительный анализ рассмотренных процессов
4.7 Результирующие ограничения
4.8 Выводы
5 Заключение

1 Введение
В настоящее время физика элементарных частиц является одной из основных ветвей современной науки. За последние несколько десятилетий в этой области был сделан серьезный прорыв в изучении свойств микромира. Одним из самых ярких достижений физики элементарных частиц во второй половине ХХ-ого века является создание так называемой Стандартной Модели (СМ) электрослабых взаимодействий, которая дала новый толчок развитию фундаментальной науки. После опубликования в 60-х годах первого варианта модели появились сотни и, возможно, тысячи работ, посвященных исследованию и развитию этой модели. Выло предложено несколько десятков ее модификаций, но оказалось, что исходная структура модели ближе к природе, чем ее многочисленные усовершенствования. В основу модели легли идея асимптотической свободы и создание КХД (1973 г.). Последующее использование неабелевой калибровочной группы Би(2) ® 77(1) и применение предложенного в 1967 г. механизма Хиггса привело к созданию элегантной перенормируемой модели, объединившей электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия в рамках единой стройной теории. Стандартная Модель поразительно точно предсказала структуру нейтральных токов (открыты на опыте в 1973 г.), свойства Ж- и ^-бозонов (открыты на опыте в 1983 г.), число поколений нейтрино (данные коллайдера ЬЕР), глюонных струй в е+е_-аннигиляции, открытие 4-кварка и многое другое.
В рамках Стандартной Модели составляющие элементы материи объединяются в три группы — три кварк-лептонных поколения:
взаимодействующих друг с другом сильным, слабым и электромагнитным образом. Каждое из этих взаимодействий определяется соответствующей группой симметрий Би(3)соу, Б и^2) и 7/(1)у. Все вместе они образуют общую группу Би(3) со} 0 йТУд (2) ® II(1) у симметрий Стандартной Модели. В рамках СМ все упомянутые частицы трех поколений представляются элементарными, точечноподобными объектами.
Спектр физических частиц также включает в себя заряженные и нейтральный векторные бозоны (И/:Ь, Z0), глюоны и фотон, которые являются

переносчиками слабого, сильного и электромагнитного взаимодействия, соответственно.
Для генерации масс частиц в модели используется так называемый механизм Хиггса, в основе которого лежит идея о том, что единственным путем генерации массы у фермионов является существование комплексного скалярного 5^(2) дублета Ф,
связанного с фермионами посредством взаимодействия, например, для ipi = {ve,e)L и -фн
Су = -febpL^R + Эрм. сопр.],
Далее, применение спонтанного нарушения SU (2) х С/(1)-симметрии приводит к появлению массы у калибровочных бозонов, и компоненты скалярного дублета (четыре скалярных поля Ф+, Ф_, Ф°, Ф°) распределяются
ф° _ ф°
следующим образом: три из них — Ф+, Ф_ и комбинация——j=— преврагл/2
щаются в третьи (продольные) компоненты векторных частиц, превратив их в массивный трехкомпонентный векторный бозон, четвертое поле описывает физическое состояние нейтрального скалярного бозона Я, который дополняет спектр физических частиц модели.
Одной из главных проблем Стандартной Модели является тот факт, что в рамках этой теории масса хиггсовского бозона определяется как
М% = |л»2 ,
где v - величина вакуумного среднего хиггсовского дублета, а Л - константа самодействия хиггсовского поля, которая не определяется в рамках самой модели. Это приводит к тому, что масса хиггсовского бозона в Стандартной Модели является входным параметром и представляет собой terra incognita для построенной теории. В связи с этим, одной из главных задач исследований в физики электрослабых взаимодействий является поиск хиггсовского бозона.
Если, как предполагается, будет обнаружен один или более “Хиггсо-подобных” скалярных бозонов, следующей задачей немедленно станет измерение его массы и квантовых чисел, что позволит понять, является ли он хиггсовским бозоном СМ, либо скалярным бозоном одной из расширенных электрослабых теорий, например, схемы с двумя хиггсовскими дублетами

ä {е+е.^^) (Pb)
0.0010
0.0008
0.0006
0.0004
0.0002
0.0000
zdterSn{e+e- -> bbvv) (pb)

Il II 1 1 1 M 1 1 1 1 1 II 1 1 1 [Tl 1 1 0.03 "I 1 1 n 1 1 1 1 1 IT1 1 1 1 1
- “ • • • #
• 0.02 - • • •_
• • m ® ®
© • © 0.01 • - 0 • © “ © ©_
• © I _© -
1 III! 1 1 I 1 1 ^1 14 1 ^1 14 1 If 0.00 _ 1 і .1 1 1 1 1 і 1 1 1 1 1 1 1 1 1
COS всь

ё£-сгн(е+е- —» bbvv) (pb)

—&в{е+є —> bbvv) (çj~y)
•I * 1 ' I » " 1 1 0.0010 "II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 T
• • 0.0008 • -
• • 0.0006 — -
“ © © ~ • • ® © 0.0004 © • —
~ Ф © © • ” © © * 1 1 1 I 1 1 1 lif 0.0002 0.0000 . г • • ® 1 0J_ 1... ! _i Ф