粒子物理标准模型的缺陷及其完善 毕业论文

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1、2012届本科毕业论文标准模型的缺陷及其完善姓名：系别：物理与电气信息学院专业：物理学学号：指导教师：2012年05月06日II目录摘要II关键词II0引言11标准模型简介（电弱相互作用的W-S-G模型）11.1规范场部分11.2费米子部分11.3标量场部分21.4Yukawa相互作用21.5对称性自发破缺31.6Higgs机制61.7电磁相互作用与弱相互作用的统一性.62标准模型中存在的问题62.1太多的自由参数72.2不自然性问题72.3费米子问题82.4中微子问题82.5宇宙暗物质问题103标准模型的完善103.1LittleHiggs模型103.2超对称模型113.3额外维12

2、3.3.1大额外维模型133.3.2弯曲的额外维134.结语14参考文献14致谢14II粒子物理标准模型的缺陷及其完善摘要标准模型(SM)是描述基本粒子强相互作用和电弱相互作用的规范理论。本文简单介绍了标准模型的基本结构，指出标准模型存在的不自然性问题、中微子问题以及自由参数太多等问题。进而，介绍了几个重要的新物理模型.关键词中微子；暗物质；标准模型；完善TheflawsandperfectionofthestandardmodelofparticlephysicsAbstractTheStandardModel(SM)isagaugetheorytodescribestrongand

3、electroweakinteractionsofelementaryparticles.Thispaperbrieflyintroducesthebasicstructureofthestandardmodel,pointoutthestandardmodelinthepresenceofunnaturalproblems,neutrinoproblemsaswellasfreeparametersistoomuchwaitforaproblem.Then,introducesseveralimportantnewphysicalmodel.KeywordsNeutrino;dark

4、matter;standard model;perfectionII0引言目前，粒子物理的理论和实验都是围绕着标准模型进行的，该规范理论可以描述各种微观粒子之间的强、弱和电磁相互作用，并且通过Higgs机制来实现将对称性破缺到。自从标准模型建立以来，它己经成功地预言和解释了众多精确的微观实验结果。然而，众所周知的是，模型本身更应该视为某个更基本理论在电弱能标下的极好有效近似，毕竟它的自由参数太多、没有包含暗物质、不能很满意地解释中微子现象、Higgs部分还存在二次发散问题等等。这就促使人们不断提出新的物理模型，以期解决标准模型所面对的这些具体问题，并希望能揭示那个更基本理论的一些性质。

5、其中流行的新模型有超对称模型、小Higgs模型、额外维模型等等。本文主要介绍标准模型，特别是电弱相互作用的Weinberg-Salam-Glashow模型，包括它的规范作用方式、Yukawa相互作用和对称性自发破缺以及Higgs机制，紧接着我们列举该模型的一些备受瞩目的缺陷以及几种流行的新物理模型。1标准模型简介（电弱相互作用的W-S-G模型）描述电弱相互作用的Weinberg-Salam-Glashow模型是建立在在基础上的，其拉氏量密度可以写成（2-1）下面介绍各个部分的简单性质.1.1规范场部分规范场部分拉氏量密度的具体形式为[2]（2-2）场强张量的定义为(2-3)(2-4)其

6、中和分别对应着规范场，g是的规范耦合系数，是三阶反对称张量。我们可以看到，具有三线和四线自相互作用，而没有任何自作用，它与其它粒子的作用强度与超荷有关，这里的Q是电荷，是的第三分量。和的量子数相同，它们最终会混合形成光子和Z玻色子。1.2费米子部分费米子的动能项和规范相互作用项为(2-5)14下标L(R)代表左（右）手，定义为，并且左手的夸克和轻子都是的二重态(2-6)而右手场,，，则均属于单态。左右手场的这种不同变换性质起源于电弱相互作用中存在宇称破坏，同时也不允许在拉氏量中直接出现费米子质量项。规范协变导数为(2-7)我们可以从(2-5)式中可以读出和B玻色子与费米子场之间的规范相

7、互作用。此外，因为在许多模型中引入中微子质量的需要，我们在拉氏量中试探性地包括了右手中微子,它是的单态，并且超荷也是零，因此在标准模型中不是必须的，目前还不确定它究竟是否存在，或者也是低能物理的一部分。1.3标量场部分拉氏量的标量场部分为(2-8)其中是一个复的Higgs标量场，规范协变导数为(2-9)这个标量二重态具有超荷Y=1/2。协变导数的平方导致了规范场与标量场之间三线和四线相互作用的形成。是个Higgs势，由于的规范不变性以及可重整性