z模型下味改变中性流粒子物理与核物理专业.doc

引言 标准模型(SM)包括描写强相互作用和电弱相互作用的电弱统一理论m，标准模型 通过希格斯机制来实现由电弱规范群(/(1)Y到电磁规范群t/(l)em的自发 破缺|21。1979年标准模型SM它曾预言发现了中性流过程，1984年欧洲核子研究 中心 (CERN)所发现的Wlnz0规范矢量玻色子，1989年以来在LEP工作的四个实验组 对所观测的?107个之(＞衰变事例的分析结果等，在3水平上对标准模型进行了精确 10 地检验。尤其是1995年美国费米实验室发现了标准模型所预言的top夸克的事实， 更坚定Y人们对模型正确性的信心。 尽管如此，标准模型本身仍存在一些问题： 1自由参数比较多：在标准模型屮引入希格斯场是为丫生成 5t/(2)L t/(l)Y对称性的破缺。但在最小标准模型屮引入一个Higgs二重态、 并且引入了 场自作用势 o)=-°c2hfH 由此导致少_0,也就是真空值不为零。、与彳正交的三个分量为 Goldstone玻色子，被VVZ0吃掉后使WZ0获得质量，沿＜ 方向的量子激发是物理 课观测的Higgs粒子，它的质量为 01^=2^ 2 因为L是自由参数，所以标准模型不能预测的值。为使费米子获得质量， SM又引入了 Higgs粒子和费米子的Yukawa耦合,使得这部分理论又增加了 一部分参量。因此，标准模型屮存在太多的自由参数：对应于三个规范群 5(7(3)。，5(^2)1，(7(1\的3个耦合常数g3, g2, gl, 1个CP破坏相角；6味夸克质 量；3个带电轻子质量；3个混合角；Higgs势能中有2个参数L, oc，此理论没有对 这些参数做出任何的预言。人们一般认为含有这么多自由参量的理论不像是一个理 论，他更像是某种等效理论。 Higgs是标准模型中唯一的非规范相互作用部分：大量的实验验证支持粒子间的 基本相互作用和电弱相互作用都是规范相互作用，这就破坏/原来理论的统一性， 而且标准模型的大部分自由参量来自这些规范相互作用。然而实验上至今没有提供 存关Higgs粒子的实质性信息。人们冇理由怀疑标准模型的基本标量场部分，并寻 求更令人满意的电弱对称性自发破缺机制。 标量场部分的平庸性问题 在标准模型屮引入了基本标量场)的自相互作用LY，次相互作用具有平 庸性，其跑动耦合常数L (02)满足的重整化群方程为： =? (L(e2))=3L(c?2) Q dt 2a2 上式的解为： L (q2)= Lo 1[V^Loln 20 其中Q为某一参照能标，c为正规化截断能标，Lo =L (z2)为正的有限 常数。显然，当C -时，对于任意有限的能标Q, L(Q2) = 0.因而标准模 型的Higgs部分是自由场理论。 中微子只参与弱相互作用，具有最强的穿透力，但是在标准模型中它 是没有质量的，1998年口本超级神岗实验3以确凿的证据发现Y屮微子震荡现 象，即一种中微子能够转换为另一种中微子。这就间接证明了中微子具有微 小的质量，此后，这一结果得到了许多实验的证实。这就表明荷电轻子部分 存在这味破缺，所以这对标准模型是一个巨大的挑战。 如果将标准模型扩充包含右手中微子，无论真空如何空虚，它充斥着有 零自旋的Higgs玻色子，因此不具手征性。量子场论和Lorentz变换卜不改 变就预示着，当粒子被注进入“真空”之内的时候，由于和一个Higgs玻色 子相互作用它的手征性改变。简单的说，电子不能够以光速在真空中经过， 要不它质量更人。同样地，muons和Higgs玻色子更时常碰撞，使它们比电子 重200倍，而顶夸克几乎始终和Higgs玻色子相互作用。这样的图景可以解 释中微子为什么是无质量的：如果一个左手性的中微子试着和Higgs玻色子 碰撞，它就必须变成右手性。既然不存在这样的情形，左手性的屮微子是不 能和Higgs玻色子和互作用而获得任何的质量。这样，无质量的中微子与不 存在的右手性的中微子自洽于标准模型中，在标准模型中，轻子味改变过程 的衰变几率非常小，且最近的高能实 验亦给出了强烈限制。比如OC轻子味改变袞变过程Woe 3e,oc e?以及 oc 的实验要求其分支比为：Br ( oc 30510 12 , ^?? Br(oc e? )54.9.10alG，Br (oc e@? ) 5l0］1G。显然这些必威体育精装版的高能实验 数据可以对新物理自由参数的取值给出限制。 味改变Z’模型中，当新的规范玻色子Z’与费米子之间的手征耦合矩 阵L是一个非对角矩阵吋，就会产生味改变中性流［5］。 第二章基本理论介绍 2.1标准模型简介 上世纪中叶，量子电动力学的成功把基本粒子物理研宄带入了一段繁荣阶段， 后来人们又发现四费米子弱相互作用是不可重整的。虽然强相互作用的重整化并不 困难，但是在强相互作用微扰理论就不能适用，也就不能进行精确的计算