[论文解读] Electroweak Symmetry Breaking and Beyond the Standard Model

T. Barklow, S. Dawson+2 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 1995

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 42

一句话总结

这份1995年由美国顶尖粒子物理工作组发布的报告评估了电弱对称性自发破缺的现象学及其对标准模型之外的新物理，主张建设新一代高能对撞机。报告量化了未来 $e^+e^-$ 对撞机和强子对撞机——特别是LHC和拟议中的下一代直线对撞机（NLC）——在探测希格斯玻色子、超对称性和TeV能量尺度新物理方面的发现潜力。

ABSTRACT

This is a report of the Electroweak Symmetry Breaking and Beyond the Standard Model Working Group which was prepared for the Division of Particles and Fields Committee for Long Term Planning. We study the phenomenology of electroweak symmetry breaking and attempt to quantify the "physics reach" of present and future colliders. Our investigations encompass the Standard Model (with one doublet of Higgs scalars) and approaches to physics beyond the Standard Model. These include models of low energy supersymmetry, technicolor and other approaches to dynamical electroweak symmetry breaking, and a variety of extensions of the Standard Model with new particles and interactions ({\it e.g.}, non-minimal Higgs sectors, new gauge bosons and/or exotic fermions, {\it etc.}). Signals of new physics in precision measurements arising from virtual processes (which can result, for example, in ``anomalous'' couplings of Standard Model particles) are also considered. Finally, we examine experimental issues associated with the study of electroweak symmetry breaking and the search for new physics at present and future hadron and $e^+e^-$ colliders.

研究动机与目标

• 评估未来高能对撞机在探索电弱对称性自发破缺及标准模型之外新物理方面的科学依据。
• 评估现有及拟议对撞机——特别是LHC和下一代直线对撞机（NLC）——在发现新粒子与新相互作用方面的发现能力。
• 研究强子对撞机（如LHC）与 $e^+e^-$ 对撞机（如NLC）在探测新物理方面的互补性。
• 识别可能解释电弱对称性自发破缺的关键理论模型，如低能超对称性、技术色模型和扩展的希格斯场结构。
• 通过量化未来设施在TeV能量范围内的物理探测能力，为粒子物理的长期规划提供指导。

提出的方法

• 对标准模型（单个希格斯双态）及其各种扩展（包括超对称性、技术色模型和扩展希格斯场结构）进行综合现象学分析。
• 利用精确电弱测量和有效场论技术，探测虚新物理效应，如异常耦合。
• 使用部分子层次和完整探测器模拟，在强子和 $e^+e^-$ 对撞机中模拟高能过程，以评估发现潜力。
• 比较不同类型对撞机的敏感度——特别是 $e^+e^-$ 对撞机在清洁末态中的优势与强子对撞机在高亮度和广泛质量覆盖范围中的优势。
• 评估未来对撞机在厘清电弱对称性自发破缺本质（包括希格斯场结构和新共振态）中的作用。
• 整合SLC及其他过去对撞机的实验经验，以指导未来直线对撞机的设计与运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHC和未来 $e^+e^-$ 对撞机在探测希格斯玻色子及标准模型之外的新物理方面具有怎样的发现潜力？
• RQ2 不同模型（如低能超对称性、技术色模型和扩展希格斯场结构）如何预测未来对撞机中的信号？
• RQ3 强子对撞机与 $e^+e^-$ 对撞机在探测电弱对称性自发破缺领域方面具有怎样的互补性？
• RQ4 对电弱可观测量的精确测量如何通过虚效应揭示新物理的间接信号？
• RQ5 为最大化TeV能量尺度新物理的发现能力，最优的对撞机设计与实验策略是什么？

主要发现

• LHC预计在新物理（如希格斯玻色子和超对称性）方面的发现能力，可达现有设施质量覆盖范围的五至十倍。
• 在0.5 TeV能量下的下一代直线对撞机（NLC）非常适合研究中等质量希格斯玻色子，而1.5 TeV的NLC可探测强耦合电弱对称性自发破缺结构。
• 未来 $e^+e^-$ 对撞机提供低本底环境，非常适合对顶夸克、重规范玻色子及标准模型之外的新物理进行精确研究。
• NLC将显著增强LHC在解释新物理证据方面的能力，通过提供粒子性质的清晰、详细测量。
• 对强子喷注和完整探测器效应的详细模拟，对准确评估强子对撞机的发现潜力至关重要。
• 国际协作及避免资源重复使用，对最大化TeV能量尺度未来对撞机计划的科学回报至关重要。