夸克轻子味物理及暗物质相关问题研究

摘要

粒子物理是研究基本粒子的性质及其相互作用规律的物理学前沿学科。目前，对于粒子物理的研究，一方面是对于粒子物理标准模型的精确检验和寻找检验标准模型的新方法，另一方面是探索超出标准模型的新物理。随着Higgs粒子的发现，标准模型中各种粒子获得质量和对称性破缺机制得到了进一步验证，标准模型取得了巨大的成功。但是标准模型自身也存在一定的问题，如标准模型中没有夸克混合的物理解释，中微子的质量起源，以及暗物质粒子的性质等。因此，本文对夸克轻子混合、中微子质量以及暗物质领域的相关问题进行了探索和研究。
　　第一章简要概述了标准模型的基本理论和超标准模型新物理的众多研究方向，同时介绍了本文研究内容夸克轻子味物理及暗物质相关领域的理论和实验研究现状。第二章研究了夸克轻子味混合的参数化问题。提出了参数化夸克混合矩阵的新方法，采用幺正三角形中实验上可测量的特征CP破坏的相角α，β，γ建立起清晰的夸克混合的α，β，γ参数化，提出了夸克味混合角以及CP破坏相角参数化依赖问题的新的研究方向，并得到了近似的类Wolfenstein参数化的展开形式。基于目前实验上β相角相对精确的测量，我们提出β参数化是最佳参数化方式。并对重新参数化不变的夸克轻子互补性关系进行了研究，提出用夸克轻子混合矩阵元来表示夸克轻子的互补性关系的新方法。第三章对B+到π+π+π-，π+K+K-，K+π+π-，K+K+K-衰变过程的衰变分支比和CP破坏分别进行了SU(3)和U旋对称性分析。通过系统的方法构造出对称性不变、对称性破坏以及动量依赖项的振幅表示，解释了这些衰变的分支比以及CP对称性破缺的实验数据。我们发现衰变过程中有很大的对称性破坏。第四章研究了中微子质量起源、暗物质粒子及其相互联系。提出了辐射的翻转翘翘板机制下的暗物质模型并研究了模型的一些现象学暗示。我们建立了通过两圈的Inverse seesaw机制来使中微子产生质量的模型，可以把新物理的能标压低到几百个GeV，而且可以自然地包含暗物质粒子。标准模型的轻子和模型中的新粒子通过Yukawa耦合发生相互作用，自然诱导出轻子味破坏过程，今后实验上对于轻子味破坏过程μ→eγ和μ-e转化的测量会更强地限制Yukawa耦合常数并对模型进行更进一步的检验。模型中新引入的荷电标量粒子会很大程度地影响h→γγ过程的衰变分支比，从而可以很好地解释目前LHC的实验数据和标准模型预言的偏离。同时也给出了模型中引入的新粒子在LHC上的信号。

目录

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摘要

表格索引

插图索引

第一章 绪论

1．1 标准模型及新物理

1．2 夸克轻子昧物理

1．3 暗物质

参考文献

第二章 CKM矩阵元的新的参数化方法

2．1 CKM矩阵元的不同参数化方式

2．2 CKM矩阵的α，β，γ参数化

2．2．1 CKM矩阵的参数化依赖问题

2．2．2 α，β，γ参数化

2．2．3 α，β，γ参数化的相互关系

2．2．4 类Wolfenstein展开

2．3 重新参数化不变的夸克轻子互补性关系

2．4 本章小结

参考文献

第三章 B±三体非轻衰变的昧对称性分析

3．1 B物理简介

3．2 B±到带电赝标轻介子三体非轻衰变的SU(3)对称性分析

3．2．1 SU(3)不变且动量无关的衰变振幅

3．2．2 SU(3)破坏和动量依赖项的贡献

3．2．3 数值分析

3．3 B±到带电赝标轻介子三体非轻衰变的U旋对称性分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 辐射翻转跷跷板机制下的暗物质模型

4．1 暗物质粒子基本模型简介

4．2 中微子质量产生机制

4．3 辐射翻转跷跷板机制下的暗物质模型

4．4 U(1)D模型的现象学暗示

4．4．1 U(1)D模型的暗物质粒子

4．4．2 轻子味破坏

4．4．3 Higgs衰变到双光子的新物理效应

4．4．4 新粒子在LHC上的信号

4．5 本章小结

参考文献

第五章 总结

附录

致谢

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