标量粒子在强子对撞机上可能物理迹象的研究

The research of possible physical signature of the scalars at the hadron collider iis one of the most important part of particle physics research. The standard model and many other new physics models all predict the existence of Higgs bosons. Nowadays, from LHC came the exciting news, people have found the trace of Higgs bosons at the LHC. However, people still can not make sure whether the Higgs boson is predicted by the standard model. There are still many questions about Higgs boson, which needs us to study deeply. This project will calculate and discuss the production cross section of the scalars predicted by several new physics models (Such as little Higgs model, models with universal extra dimensions, SUSY model and LRTH model) with the newest data of LHC, and analysis the background in detail, which will provide theory reference for studying Higgs bosons and finding new physics. In addition, this project will study the the newest data from LHC on the correction of these new physics models parameters, which will provide theoretical predictions for hadron collider experiments to inspect the new physics models.

标量粒子在高能对撞机上可能物理迹象的研究是粒子物理研究中的重要课题之一。标准模型(SM)和很多新物理模型都预言了标量粒子的存在。目前，人们已经在LHC上发现了Higgs粒子的踪迹，这对整个粒子物理学界来说无疑是个振奋人心的好消息。但人们还不能确定所发现的标量粒子的是否是SM预言的，Higgs粒子的很多特征依然有待更深层次的探索和研究。该项目将结合目前LHC上最新的实验数据，计算和讨论几种新物理模型（如：小Higgs模型、额外维模型、超对称模型、左右Twin Higgs模型等）预言的标量粒子的产生过程的产生截面，并做出详细的背景分析，通过对SM和几种新物理模型的比较性研究，为发现新物理寻找可能的途径；研究目前有关Higgs粒子的最新测量数据对几种新物理模型参数的修正，为高能对撞机检验新物理模型提供理论依据和指导。

2012年7月，ATLAS和CMS两个合作组宣布在大型强子对撞机(LHC)上发现的质量在125GeV左右的新玻色子有可能就是粒子物理学标准模型(SM)预言的Higgs玻色子。尽管该发现使SM看起来更加完整，但SM还有一些无法解决的问题。我们仍然需要理论上和实验上作出更多的努力来最终确定该Higgs玻色子的身份。理论上对新玻色子“身份”的确认工作大致分为两个方向：一是用模型无关的方法全面分析；二是就某个确定的新物理模型展开研究，并与Higgs玻色子的测量数据进行比较。目前，国内外同行专家学者已经做了很多相关的工作，工作有的是在SM下做的，有的是在新物理模型下做的，还有些是模型无关的。通过大量的准备工作，结合项目计划，经过仔细筛选，我们在前期工作的基础上，应用目前LHC提供的最新测量数据，选取合适的参数空间，针对目前研究较少却非常具有研究价值的过程进行研究。我们分别计算了左右Twin Higgs(LRTH)模型预言的中性标量玻色子在LHC上的成对产生过程和单独产生过程的截面及事例数等相关可观测物理量，根据数值结果分析了在实验上观测到该中性标量粒子的可行性，并通过与SM及其他新物理模型相关过程的可能物理迹象相比较，为在高能对撞机上探测Higgs玻色子的信号并检验LRTH模型提供理论依据。期望通过本项目的研究，推进高能实验检验新物理模型的正确性、发现新粒子的进程。