标准模型希格斯粒子性质及TeV新物理理论中希格斯部分结构的唯象研究

The standard model (SM) only contains one SU(2) doublet, i.e., the SM Higgs doublet, which is the simplest structure of the Higgs sector to realize the spontaneous breaking of the electroweak symmetry. However, the Higgs sectors of most extensions of the SM, e.g., the MSSM, NMSSM, LHM and GM models, are more complicated than the SM, since the additional SU(2) doublet and/or triplet are introduced in these new physics models. Therefore, one of the most important tasks of high energy experiments at colliders is to test the properties of the SM Higgs boson precisely and to search for the non-SM Higgs bosons. Both Higgs doublet and triplet can predict singly-charged Higgs bosons, but the gauge and Yukawa couplings of these Higgs bosons are quite different. The phenomenological study on the decays of charged Higgs bosons to the gauge boson pair, and the pair production of charged Higgs bosons at hadron colliders via VBF or photon-proton collision, can help us to understand the mixing of charged Higgs bosons and to explore the structure of the Higgs sector of new physics.

标准模型只含有一个标量SU(2)二重态，即标准模型Higgs二重态。单Higgs二重态是能够实现电弱对称性自发破缺的最简单的Higgs结构。然而，标准模型的扩充理论通常有着比标准模型更复杂的Higgs结构，例如：MSSM, NMSSM, LHM, GM模型等。相比于标准模型，这些新物理模型引入了额外的SU(2)二重态或三重态。因此，精确检验标准模型Higgs粒子性质、寻找非标准模型Higgs粒子是当前高能物理研究的重要课题。虽然Higgs二重态和三重态都可以提供单电荷标量自由度，但他们却有着不同的规范耦合和汤川耦合性质。通过精确研究带电Higgs粒子（特别是单电荷Higgs粒子）到规范粒子的衰变、以及在强子对撞机上的VBF对产生和光子-质子对撞模式产生，比较各种模型下的现象学结果，可以帮助我们了解单电荷Higgs粒子的混合情况，探究新物理Higgs部分的结构。

2012年欧洲大型强子对撞机上发现125GeV希格斯粒子又一次验证了粒子物理标准模型的成功。然而，标准模型仍然存在诸多的理论及实验问题无法解释，如：中微子质量、暗物质粒子、电弱等级差等，这预示着在TeV标度上一定存在超出标准模型的新物理，并且新物理理论可能有着与标准模型不一样的对称性和希格斯结构。因此，精确研究标准模型希格斯粒子性质、寻找可能存在的非标准模型希格斯粒子是当前及未来粒子物理理论及实验研究的重要课题。..在本项目的支持下，我们在QCD+EW NLO水平上精确研究了强子对撞机上标准模型希格斯粒子与规范粒子的伴随产生过程及三规范粒子产生过程，并包含了QCD parton shower效应。后者是很多新物理模型中非标准模型希格斯粒子与规范玻色子伴随产生的标准模型本底。对于非标准模型希格斯粒子，我们分别在Georgi-Machacek模型、双希格斯二重态模型、小希格斯模型等新物理模型下精确研究了双电荷、单电荷及中性希格斯粒子的产生过程及可能的衰变模式，包括：单产生、对产生、与规范粒子的伴随产生以及重粒子衰变产生等，讨论了模型参数空间和标准模型本底，给出了精确到单圈或双圈水平上的精确理论预言，并包含了重求和效应。针对近年来LHC在Upsilon+2lepton不变质量谱上观测到的18.4GeV共振峰，我们引入了类标准模型希格斯粒子，并采用有效理论的方法对该信号及本底进行了现象学精确研究，研究结果排除了该共振峰为基本标量粒子的可能性。此外，我们还精确研究了LHeC上重味强子的产生及PLC上的可能的亮度监测过程。项目研究成果以论文形式发表，合计10篇。