本文關(guān)鍵詞：基于標量傳遞的暗物質(zhì)模型的一些研究

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【摘要】：大量實驗表明暗物質(zhì)是我們這個世界必不可少的一部分,而粒子物理的標準模型并不能對其提供一個合理的解釋。為了對這些暗物質(zhì)現(xiàn)象進行解釋,有必要對標準模型進行擴展。本文對基于希格斯粒子傳遞的一類暗物質(zhì)模型進行了研究,并提出了一個與希格斯粒子類似的新標量粒子傳遞的暗物質(zhì)模型。在對標準模型進行擴展的眾多新物理模型中,希格斯粒子傳遞的標量暗物質(zhì)(HSDM)模型是極為簡單的一種。在HSDM模型中,新加的實標量單態(tài)s作為暗物質(zhì)候選者,它僅與標準模型中的希格斯粒子h耦合。為了保證標量暗物質(zhì)的穩(wěn)定性,在引入了2Z對稱性后,HSDM模型中只包含三個新物理參數(shù),即標量暗物質(zhì)質(zhì)量sm、暗物質(zhì)與希格斯的耦合系數(shù)sk以及標量的自耦合系數(shù)sl。本文分析了一些現(xiàn)有實驗觀測對HSDM模型參數(shù)的限制。由于標量暗物質(zhì)的自相互作用與這些限制無關(guān),本文就只考慮對sm和sk的限制。如果要求模型符合暗物質(zhì)殘余度的限制,模型中sm與sk將處于一一對應(yīng)的狀態(tài)。這時,HSDM模型中的自由參數(shù)僅剩下sm�；赬ENON100和LUX等暗物質(zhì)直接探測平臺的實驗限制,以及大型強子對撞機(LHC)Run I等粒子對撞機上的最新實驗結(jié)果的約束,我們得到兩個暗物質(zhì)質(zhì)量范圍:共振質(zhì)量區(qū)域(53GeV 63GeVs￡m￡)和大質(zhì)量區(qū)域(185 GeVsm3)。本文接著討論了標量暗物質(zhì)的自散射過程對天文學(xué)大尺度結(jié)構(gòu)的影響。在計算過程中,既考慮了暗物質(zhì)自相互作用的貢獻,又考慮了Sommerfeld效應(yīng)的作用。結(jié)果表明HSDM模型在共振質(zhì)量區(qū)域和大質(zhì)量區(qū)域中都能符合目前天文學(xué)對大尺度結(jié)構(gòu)觀測的限制。如果通過此方式對暗物質(zhì)共振質(zhì)量區(qū)域進行限制則需要測定的標量暗物質(zhì)的自散射截面與質(zhì)量之比達到7 20cm1/~g-,而對大質(zhì)量區(qū)域進行限制則需要達到10 2c~10 m/g-。并且,進一步研究了HSDM模型在粒子加速器上的探測效應(yīng)。針對強子對撞機LHC和100 TeV環(huán)形對撞機(FCC)上的暗物質(zhì)產(chǎn)生,本文選取了暗物質(zhì)產(chǎn)生的主要道-矢量玻色子融合道和一個背景相對干凈的道-Z玻色子伴隨產(chǎn)生道進行分析。通過使用MadGraph 5和相關(guān)的程序包,本文對兩個觀測道的信號和標準模型背景進行了計算機模擬。結(jié)果表明,對HSDM模型,其共振質(zhì)量區(qū)域可以通過XENON1T和FCC以及對大尺度結(jié)構(gòu)的天文觀測等方式進行探測,而在大質(zhì)量區(qū)域則只有XENON1T能夠探測。若進一步考慮微擾性和早期宇宙演化中的真空穩(wěn)定性等理論上的要求,則共振質(zhì)量區(qū)域完全被排除,并且大質(zhì)量區(qū)域?qū)幌拗频礁姆秶?.1TeV 2.0TeVsm￡￡。2015年末,LHC發(fā)布了在13 TeV對撞能量下的初步結(jié)果。該數(shù)據(jù)顯示,雙光子末態(tài)過程在其不變質(zhì)量約為750 GeV處超出了標準模型的預(yù)期。因而,本文提出了一個包含新(贗)標量粒子的模型來對其進行解釋。在此模型中,新(贗)標量粒子的質(zhì)量為750 GeV,它與一個類似頂夸克或者底夸克的新費米子耦合。新(贗)標量粒子主要由雙膠子融合產(chǎn)生,然后再通過新費米圈衰變產(chǎn)生兩個光子�；贚HC Run II上雙光子實驗數(shù)據(jù)和LHC Run I的實驗限制,本文討論了該模型中相關(guān)參數(shù)的取值范圍。在此基礎(chǔ)上,本文進一步提出了一個由質(zhì)量為750 GeV的新標量粒子傳遞的暗物質(zhì)(NSDM)模型。NSDM模型中的暗物質(zhì)僅與新標量耦合,因而只增加了暗物質(zhì)質(zhì)量DMm和暗物質(zhì)與標量的耦合系數(shù)y兩個參數(shù)�；诎滴镔|(zhì)殘余度以及暗物質(zhì)直接探測實驗XENON100和LUX的限制,并結(jié)合微擾性要求,我們確定出NSDM模型中暗物質(zhì)的質(zhì)量范圍為400GeVm_(DM)3TeV。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P145.9;O572.214

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8 余釗煥;陳t燂，

本文編號：1306821