次最小超对称模型唯象研究

As a perfect singlet extension of the Minimal Supersymmetric Standard Model (MSSM), the Next-to-Minimal Supersymmetric Standard Model （NMSSM）has more complex structure and interactions in its Higgs and neutralino sectors than the MSSM, and consequently, its signals at colliders may differ greatly from those of the MSSM. With the rapid progress of the LHC and the dark matter detection experiments, it is urgent to perform a comprehensive study on the phenomenology of the NMSSM at the LHC, which has now become a hot topic in particle physics.. . Guided by the knowledge of field theory and collider physics and using advanced computer packages, we investigate the phenomenology of the NMSSM at the LHC by considering various experimental constraints on the model, such as those from the latest results in the LHC searches for SUSY and Higgs bosons and those from the dark matter detection experiments. Especially, we will perform comprehensive analysises of some representative scenarios of the NMSSM to show their differences from the MSSM. Moreover, we also study some theoretical issues such as the fine tuning problem to improve our understanding of the NMSSM. Our study will enrich the phenomenology study of the NMSSM and also provide guidelines for experimentalists in new physics search. It is helpful to improve our understanding on the mechanism of the electroweak symmetry breaking and also on the nature of the dark matter.

作为最小超对称模型（MSSM）完美的单态场扩充，次最小超对称模型（NMSSM）在Higgs及Neutralino部分具有更复杂的结构和相互作用，这导致它在对撞机上的信号以及暗物质物理可以与MSSM的预言截然不同。随着LHC及暗物质实验的快速进展，讨论NMSSM的唯象学是当前粒子物理的热点问题。..本项目将密切跟踪理论和上述实验进展，利用场论和对撞机物理的知识，借助先进的计算程序，讨论LHC寻找超粒子结果、Higgs数据、暗物质探测实验等对模型的限制，明确实验倾向的参数空间并研究它在LHC上的现象；通过对代表性情形进行研究，揭示它的典型特征及与MSSM的差别；通过对精细调节问题等问题的研究，加深对NMSSM性质的理解。研究一方面丰富NMSSM唯象学研究，另一方面为实验探测NMSSM作理论指导。研究有助于解决电弱对称性破缺机制、暗物质本质等重大问题。

项目团队从事超对称理论和唯象研究，致力于揭示电弱对称性破缺机制、暗物质本质等重大基本理论问题。这些问题是当前理论物理的前沿和热点，也是大型强子对撞机（LHC）实验、暗物质直接探测和间接探测实验试图解决的问题。. 项目执行期间，团队围绕暗物质物理、Higgs物理和超粒子物理开展研究，共完成科研论文20篇，其中18篇已发表在Journal of High Energy Physics、Physical Review D等SCI一二区国际知名杂志上。依据Inspire数据库，上述论文共被引用560余次。. 代表性研究成果内容及意义如下：. 在众多的暗物质可能性中，大质量弱相互作用粒子（WIMP）一直被认为是暗物质的最佳候选者，它被很多流行的新物理模型（譬如超对称理论）所采用并被广泛研究达三十年之久。然而，近年来暗物质直接探测实验得到快速发展，这些实验表明暗物质和原子核之间的相互作用至多为微弱相互作用。这个结果和WIMP暗物质的基本思想有所偏离，因此WIMP暗物质以及它所基于的理论备受质疑。. 在国家自然科学基金的支持下，项目团队借助贝叶斯定理，通过大数据分析，对流行的超对称理论开展仔细研究，总结出为了自然地满足暗物质直接探测实验，WIMP暗物质必须具备的条件。以此为基础，团队指出如果选取中微子的超对称伴子Sneutrino作为暗物质，它和原子核的散射截面可以被自然地压低。沿着这个思路，团队构造出最经济的粒子物理理论，即Seesaw机制扩充的次最小超对称模型。在这个理论框架下，超对称粒子在LHC上的信号与流行的超对称模型有很大不同，这会很大程度减弱当前实验对它们的限制，解释了为什么LHC实验没有找到超粒子。. 团队的理论可以自然地预言电弱对称性破缺、自然地解释暗物质现有实验结果和LHC实验结果，它为超对称理论的发展指明一条可能的道路。