希格斯三重態(tài)模型中三體希格斯玻色子在ILC上的產生

高銀浩，曹 軍，韓紅梅，申杰奮

(1.河南科技學院 機電學院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學院 生物醫(yī)學工程學院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

0 引言

2012年7月4日，歐洲核子中心宣布發(fā)現一個中性希格斯粒子，這是粒子物理領域的一個里程碑，它標志著標準模型(SM)中希格斯機制的巨大成功[1].但是，SM仍存在一些問題：如不能解釋中微子質量和暗物質等問題，在較高能標處會有新物理存在.為了解決SM中的一些問題，粒子物理學家們提出了各種各樣的新物理模型.type-II seesaw 機制是產生中微子質量的最吸引人的新物理理論之一，希格斯三重態(tài)模型(HTM)是該機制的具體實現[2].

和強子對撞機相比，國際高能線性對撞機(ILC)有著更高的積分亮度和更精細的探測環(huán)境[5]，因此，研究新粒子在ILC上的產生過程更能精確地檢驗新粒子的性質，并且在其他新物理模型中也有類似的研究[6-7].由于中性的希格斯玻色子與帶電的希格斯玻色子對之間存在一定的耦合，本文主要目的是探討這些希格斯玻色子在ILC上通過e-e+碰撞的聯合產生過程.

1 模型參數與相關耦合

HTM中主要由一個二重態(tài)標量場Ф和一個Y=2的復SU(2)L同位旋三重態(tài)標量場△組成：

希格斯二重態(tài)和三重態(tài)的真空期望值(VEVs)分別為:

本文中，中性的希格斯玻色子h被認為是類標準模型中的希格斯，帶電希格斯玻色子的質量可表示為：

在HTM中，相關的耦合頂角可以寫為：

hH++H--:-λ1vd，

AμH-H+:-ie(p2-p3)μ，

AμH--H++:-2ie(p2-p3)μ，

其中：p是動量，SW=sinθ，CW=cosθ，θ是溫伯格角.

2 數值計算與分析

通過上面的討論可以看到三體玻色子可以通過過程e-e+→hH+H-(hH++H--)在ILC上產生，相關的費曼圖如圖1所示.

圖1 HTM中過程e-e+→hH-H+的費曼圖

該過程產生的幅度可以寫為：

其中：

G(p35,MH±)×

γ5)u(p1)gμν(p4-p35)v，

對于過程e-e+→hH++H--，其費曼圖和產生振幅與e-e+→hH-H+過程很相似，只不過在計算過程中的耦合頂角不同而已.在數值計算中，采用最新粒子表中的數據作為SM中的輸入參數，λ1，λ4是HTM中的自由參數.根據文獻[8]，模型參數的取值范圍為0<λ1<10，-2<λ4<1.用CalcHEP程序包進行相關的數值計算.

2.1 兩個過程的產生截面

在質心能量為1.0 TeV，mh=125.5 GeV時，e-e+→hH-H+和e-e+→hH++H--這兩個過程的產生截面在λ1取不同值時隨λ4的變化曲線如圖2所示.從圖2(a)看出e-e+→hH-H+過程的產生截面σ1隨λ1和λ4的增加而增大.這是因為：(1)相空間隨著mH±減小而增大；(2)產生截面與hH+H-的耦合強度(λ1+λ4/2)2成正比.當λ4=0，2≤λ1≤8時，產生截面σ1所在的范圍是0.28～4.52 fb.圖2(b)是過程e-e+→hH++H--的產生截面σ2隨參數的變化情況，可以看出它與圖2(a)的變化情況相似，但產生截面σ2卻能達到數十fb，這主要是由于這個過程的耦合強度比較高的原因.當λ4=0，2≤λ1≤8時，產生截面σ2所在的范圍是1.08～17.2 fb.

2.2 相關的SM背景

下面討論λ4=0時以上兩個過程的相關SM背景.當vt=1 GeV時，H±可能衰變到tb、WZ和Wh，其衰變寬度可以表示為：

Γ(H±→W±Z)≈

其中：

β(m1±,m2,m3)=

圖2 兩個過程的產生截面隨λ4變化的曲線圖Fig. 2 The production cross-sections for two processes

表1 HTM模型中未態(tài)2W+6b的產生截面

表2 兩種情形的相關

3 結論