重中微子与Higgs玻色子在ILC和LHeC上的单产生

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1、辽宁师范大学硕士学位论文1引言1．1中微子质量与Seesaw机制中微子是唯一只有弱作用，没有强作用和电磁作用的粒子。很多自然现象都会产生大量中微子，比如：星体的燃烧，宇宙射线的相互作用，甚至是大爆炸的残留物，等等。从1960年开始，人们就在太阳以及大气层中观测到了中M-Y-。然而当时人们还不知道中微子是否具有质量，而且中微子是否有质量是粒Y-CZ理学界的重要问题之一。S’M认为中微子是电荷为零，严格无质量的粒子。由于中微子作为真正无质量的费米子，它们没有规范不变的可重整化的质量项。所以，在SM中，轻子部分既没有混合，也没有CP破坏。但是近年来太阳中微

2、子实验、大气中微子实验、反应堆实验等提供了确凿的证据表明中微子能够发生振荡，即中微子是有质量并且它们之间是可以混合的。因此，中微子质量及其混合的实验证据为新物理提供了确切信号。标准模型中的无质量中微子SM是基于规范群GSM=su(3)c×8u(2)L×u(1)y(1．1)的量子场论。LL(1．2。一§)QL(3，2．{)ER(1．1，一1)uR(3．1．§)DR(3，1．一j)(：)L(“d)LeRURdR(Z)L(≯“兄cR8R(蜘T)，，(b。)，7RtnbR它包含三代费米子，每代费米子包含规范群的五个不同表示(Ⅵ，一引3怎趴1,1,-1)，(3

3、，l，；)，(3^一i1)㈦2，圆括号中的数字代表规范群GSM下相应的规范量子数。在越：—记法中，电荷为Q。。=死3+y(1．3)基本粒子内容如表1所示。SM中也包含—个Higgs玻色子二重态，咖，规范量子数为重中微子与Higgs玻色子在ILC和LHeC上的单产生(1，2，百1)，其真空期待值使规范对称性发生破缺，，，n、(西)=I：l爿GSM_sg(3)c×u(1)。m．(1．4)＼＼煮／这是SM中唯一没有为实验所证实的部分，并且，探索Higgs玻色子仍然是当今和未来高能对撞机实验的首要任务。正像我们在表1中所看到的那样，中微子是既不参与强相互作用

4、也不参与电磁相互作月的费米子(参见方程(1．3))，它们是SⅣ(3)e×U(1)。。的单态。我们将把表1中处于轻子二二重态中的活跃中mY-称为中mY-，即参与弱相互作用的中微子。相反，惜陛中微子则定义为不参与SM规范相互作用，它们的规范量子数为(1，1，0)，即为规范群GSM的单态。SM有3个活跃中微子，分别伴随荷电轻子质量本征态e．p和丁。因此，在中微子与它们相应的荷电轻子之间存在弱带电流(CC)相互作用：_￡cG2费莩嘶％崂+h．c．·另外，SM中微子也存在中l生流(NC)相互作用；-cⅣ。2赤莩嗍％韶·f1．51f1．1j)如表1中所定义的SM

5、的基本粒子，它不包含惰陛中微子。因此，方程(1．5)和(1．6)描述SM中所有中微子的相互作用。从方程(1．6)中，我们可以确定出Zo玻色子衰变到中微子的衰变宽度，它与轻的左手中微子(即m，

6、．7)这里u(1)B是重子数对称陛，U(1)L。，L。，L，为3个轻子味对称陛，并且总的轻子数为L=L。+L。+L，。这个整体对称眭之所以称之为偶然的对称陛，是因为它并不是我们强加上去的，而是规范对称f生的结果，也是物理态的表现。在SM中，费米子质量源于Yukawa相互作用(—个右手费米子与它的左手二重态和Higgs场的耦合)，一￡y。≈。。。=KdjQ-肌≯D励+K；QLi≯‰+喵Lr{

7、右手中微子存在，因此方程(1．8)的，7钮，kawa相互作用使得中微子并没有获得质量。原则上，中微子质量可以产生于圈级修正，但是在SM中，这将不能发生。因为由SM场双线性量LLLC构成的唯一可能的中微子质量项破坏了2个单位的总的轻子数对称

8、生。正如上文所提及过的，总的轻子数具有模型整体对称性，因此轻子数破缺项不能由圈级修正引入。另外，G辫驯的子群U(1)B～L是非反常的，因此B—L破缺项甚至不能由非微扰修t弓l／k。以上表明，SM预言的中微子是严格无质量的。因此，为使中微子获得质量，SM需要被扩展。有质量中微子的引人正如前面巨秭，寸l沦的，运用SM的

9、费米子内容和规范对称性，人们不能为中微子构建—个可重整化的质量项。因此，为了引入中微子质量，我们必须扩展SM