TC2模型中top-higgs粒子在光子對撞機上的產(chǎn)生

劉玉波,朱迎正,李萬秋,柴交棟,孫志遠,劉要北

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

TC2模型中top-higgs粒子在光子對撞機上的產(chǎn)生

劉玉波,朱迎正,李萬秋,柴交棟,孫志遠,劉要北

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

在頂色輔助的人工色（TC2）模型的框架下,研究了γγ對撞中產(chǎn)生中性top-higgs粒子（）的味改變過程:.計算結(jié)果顯示：當(dāng)質(zhì)心能量為1 TeV時,該過程的產(chǎn)生截面在一定的參數(shù)空間內(nèi)可達到幾十個fb.由于的產(chǎn)生背景非常干凈,通過此味改變過程在將來的高能直線對撞機上可以很容易探測到top-higgs事例,也為實驗上檢驗TC2模型提供了依據(jù).

TC2模型；top-higgs粒子；產(chǎn)生截面

目前描述粒子物理理論的標(biāo)準(zhǔn)模型被普遍認(rèn)為是一個低能有效理論,在較高能標(biāo)（如TeV能標(biāo)）處應(yīng)該有出現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理出現(xiàn).歐洲核子中心已經(jīng)開始運行的大型強子對撞機LHC是檢驗新物理的一個理想工具,一旦在LHC上發(fā)現(xiàn)新物理的信號,就需要高能正負(fù)電子直線對撞機對新物理信號進行精確檢驗,它是LHC的有益補充.因而探測電弱對稱性破缺機制和檢驗新物理是這些高能對撞機的主要任務(wù).根據(jù)康普頓散射,在正負(fù)電子直線對撞機（如德國的TESLA）上很容易實現(xiàn)光子（γγ）對撞或者光子-電子（eγγ）對撞[1].光子對撞的典型相互作用截面比正負(fù)電子對撞截面高一個數(shù)量級,因此在γγ對撞中的事件數(shù)目要比電子對撞中的多,而且還有背景干凈,末態(tài)比較豐富等優(yōu)點.因此利用光子對撞可以研究許多反映中新的現(xiàn)象.

電弱對稱性動力學(xué)破缺理論是一種新的理論,頂色輔助的人工色（TC2）模型是該理論的一種具體實現(xiàn)方式,它有效地解決了電弱統(tǒng)一模型中有關(guān)higgs部分的問題和重的頂夸克質(zhì)量問題[2].TC2模型預(yù)言了3個top-pion介子和一個中性的top-higgs粒子,這些粒子可以認(rèn)為是TC2模型的特征粒子.因此,在高能對撞機上研究這些新粒子的產(chǎn)生過程可以為實驗上探測它們提供理論指導(dǎo),同時也為檢驗TC2模型提供了直接的證據(jù).在文獻[3]中,我們研究了eγ對撞機上中性Top-pion介子和帶電Top-pion介子的聯(lián)合產(chǎn)生過程.結(jié)果表明其產(chǎn)生截面可達到102fb的量級,并且這兩個過程的散射截面比最小超對稱下的類似過程大一個量級.因此,這兩個過程為我們在將來的高能直線對撞機上實驗中探測Top-pion介子和檢驗TC2模型提供了良機.關(guān)于上述3個top-pion介子的產(chǎn)生過程已經(jīng)有了大量的研究工作[3-8],文獻[9-10]也研究了top-higgs粒子在大型強子對撞機LHC和高能直線對撞機上的味改變產(chǎn)生過程.需要特別指出的是,TC2模型的一個很重要特征就是中性的top-pion介子和top-higgs粒子與t夸克和c夸克之間存在著味改變的耦合.因而,對這種味改變過程的研究將為TC2模型的檢驗提供一個獨特的方法.本文主要研究top-higgs粒子在γγ對撞機上探測中性top-higgs粒子的過程γγ→.由于標(biāo)準(zhǔn)模型在樹圖水平不存在味改變中性流過程,而top-higgs粒子與top-charm夸克存在味改變耦合,所以該過程的背景非常干凈.因此,研究該過程為探測top-higgs粒子和檢驗TC2模型提供了一種很好的方法.

1 產(chǎn)生截面的計算

與中性的top介子類似,top-higgs粒子與第三代夸克也有較強的耦合,其形式可以表示為：

圖1 γγ→過程的費曼圖

產(chǎn)生振幅的表達式如下：

2 數(shù)值結(jié)果與分析

（2）產(chǎn)生截面隨質(zhì)心能量的增加明顯增大,另外,也隨參數(shù)ε的增大而增大.當(dāng)質(zhì)心能量取2.0 TeV時,該過程的產(chǎn)生截面在大部分參數(shù)空間內(nèi)可以達到幾十個fb.如果取直線對撞機的年積分亮度為500fb-1,每年可以產(chǎn)生成千上萬個事例數(shù).

（3）對比與top-higgs產(chǎn)生的另外一個過程e+e?→,我們發(fā)現(xiàn)對于相同的模型參數(shù),過程γγ→的產(chǎn)生截面要明顯大于e+e?→過程的產(chǎn)生截面.因此,光子對撞機為我們提供了一個更好的途徑去探測top-higgs粒子.

（4）由于GIM機制,在標(biāo)準(zhǔn)模型中不存在樹圖級別的味改變相互作用,所以該過程的背景十分干凈.因此,γγ→過程是探測中性top-higgs粒子的一個理想過程,可以為實驗上檢驗TC2模型提供直接的依據(jù).

3 結(jié)論

在TC2模型下對中性的top-higgs粒子的產(chǎn)生過程γγ→進行了研究.結(jié)果表明對于輕的top-higgs和較高的質(zhì)心能量,此過程的散射截面可以達到幾十個fb.由于在標(biāo)準(zhǔn)模型中不存在味改變耦合,所以該過程的背景十分清晰,即使對于小的產(chǎn)生截面,也可能被將來的高能直線對撞機實驗探測到.因此,通過研究γγ→過程對于探測top-higgs和檢驗TC2模型有著重要的理論意義.

[1]傅恩生.光子對撞機研究進展[J].激光與光電子學(xué)進展,2004,41（2）：24-29.

[2]Hill C T.Top-color Assisted Technicolor[J].Phys.Lett.B,1995,345：483-489．

[3]劉要北,邵美娟,李水斌.e對撞機上Top-pion介子產(chǎn)生的研究[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2009,23（1）：42-44.

[4]申杰奮,杜霖霖,王學(xué)雷.TC2模型中Top-pion介子在ILC上的產(chǎn)生[J].河南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2009,37（6）：69-70.

[5]李炳中,韓金鐘,羅永松,等.光子對撞機上探測與Top夸克關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的荷電Top-pion介子∏t^-[J].信陽師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版,2010,23（4）：519-521.

[6]魯公儒,黃金書,呂剛.TC2模型下底夸克對產(chǎn)生的研究[J].高能物理與核物理,2007,31（2）：143-149.

[7]王曉雪,李衛(wèi)彬,王學(xué)雷,等.TC2模型下中性top-pion衰變過程研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2006,25（4）：331-334.

[8]陳蘭莉,許文娜.TC2模型下核電介子（П^＋t）衰變過程研究[J].南陽師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版,2006,5（9）：24-26.

[9]喬慶鵬,張向丹,趙先林.TC2模型中的top-Higgs粒子在大型強子對撞機上單體產(chǎn)生過程的研究[J].河南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2011,39（1）：73-75.

[10]賈永,陳鵬.top-Higgs在高能線性對撞機上的產(chǎn)生[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版,2006,21（1）：93-95.

（責(zé)任編輯：盧奇）

Production of top-higgs from TC2 model at the gamma-gamma collider

Liu Yubo,Zhu Yingzheng,Li Wanqiu,Chai Jiaodong,Sun Zhiyuan,Liu Yaobei
（Henan institute of science and technology,Xinxiang 453003,China）

In the framework of topcolor-assisted technicolor（TC2）model,we study the neutral top-higgs production processγγ→at theγγcolliders.The results show that the production rates can reach the level of a few tens of fb with reasonable parameter values at=1.0TeV.So one can expect that enough signals could be produced at the γγcolliders.Due to the clean SM background,the flavor-changing processis a ideal channal to detect the neutral top-higgs which can provide direct prrofs to test the TC2 model.

topcolor-assisted technicolor（TC2）model；top-higgs；cross section

O645.14

A

1008-7516（2012）01-0062-03

10.3969/j.issn.1008-7516.2012.01.015

2011-12-11

河南省教育廳自然科學(xué)基金（2009B140003）；河南科技學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新基金

劉玉波（1990-）,男,河南鄧州人.

劉要北（1980-）,男,河南禹州人,碩士,講師.主要從事粒子物理方面的研究.