大型强子-电子对撞机(LHeC)的物理预研

The Large Hadron-electron collider is a proposal of DIS experiment upgrade at the CERN LHC. By adding a 60-140 GeV electron beam to the existing 7 TeV proton beam, this e-p collision can provide precision measurement of parton distribution function (PDF) for the future high energy hadron colliders. Besides the PDF measurement, Higgs boson can also be produced at this e-p collider through weak boson fusion (WBF) processes. Due the controlled background at this e-p collider, the precision measurement of the Higgs properties including b/c quark Yukawa and WWh coupling etc becomes possible. On the other hand, the measurement may not be as good as the electron-positron collider such as CEPC but indeed, it is still worth investigating the physics potential at the LHeC due to its limited budget of 1 billion EURO. In this proposal, we discuss various projects related to the physics at the LHeC, for instance, anomalous triple gauge coupling measurement at the LHeC, photo-production of the Higgs boson at the LHeC, ttbar photo-production at the LHeC, Higgs self-coupling measurement via anomalous WWh measurement and possible new physics searches at the LHeC (such as light Higgsino in MSSM).

大型强子电子对撞机（LHeC）项目计划在现有的大型强子对撞机的7 TeV质子束之外，加装60-140 GeV的电子束的未来升级实验，预算造价在10亿欧元量级。作为深度非弹性散射(DIS)实验，其最初物理目标是对部分子分布函数(PDF)的精细测量。同时也发现可以通过WZ电弱规范波色子聚合(WBF)产生希格斯粒子，因为其背景相对可控，使得希格斯粒子的精细测量成为可能。虽然和正负电子对撞机比，并非最优的Higgs工厂候选，但作为一个相对低造价的对撞机，也是值得仔细研究其物理潜力。在本项目中，我们计划开展一系列和LHeC相关的其他研究，例如在LHeC上的规范波色子的aTGC反常耦合测量；LHeC上的光子聚合产生Higgs的测量；光子产生顶夸克对的研究；通过WBF产生测量WWh耦合进而测量Higgs自耦和的研究以及超对称轻Higgsino等新物理在LHeC上的寻找等多个方面研究。

本项目针对欧洲核子中心讨论建设的未来深度非弹性散射实验设施-大型强子电子对撞机(LHeC)的作为电弱精细检验工厂的物理潜力进行研究。LHeC 是基于原大型强子对撞机（LHC）的质子束，新增一个60-120 GeV电子束的质子-电子对撞机实验，其主要物理目标旨在提高高能区部分子分布函数的测量精度，为 LHC 高精度实验提供基础输入。本项目主要目标是研究该实验作为电弱精细检验工厂，对希格斯粒子、电弱规范波色子等的性质做进一步研究的潜力。作为一个质子-电子对撞机，其核心的优势在于初态间没有色量子数交换，因此以电弱过程主导，特别是有着独特运动学特征的电弱规范波色子聚合产生过程。另一方面，其造价远低于电子-正电子对撞机，造价约在五分之一左右，因此是一个较经济的有着一定电弱精细检验功能的实验。项目中我们研究了（1）希格斯产生的电弱修正（2）希格斯自耦和的间接测量（3）光子产生希格斯的可能（4）粲夸克汤川耦合的测量潜力等，得到了一部分结果，为该实验的物理预研提供了支持。另外，也在（5）机器学习在喷柱内部结构方面取得了进展。