劉玉波,朱迎正,李萬秋,柴交棟,孫志遠(yuǎn),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(jī)上的產(chǎn)生

劉玉波,朱迎正,李萬秋,柴交棟,孫志遠(yuǎn),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(jì)算結(jié)果顯示：當(dāng)質(zhì)心能量為1 TeV時(shí),該過程的產(chǎn)生截面在一定的參數(shù)空間內(nèi)可達(dá)到幾十個(gè)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(jī)上可以很容易探測到top-higgs事例,也為實(shí)驗(yàn)上檢驗(yàn)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(gè)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(yùn)行的大型強(qiáng)子對撞機(jī)LHC是檢驗(yàn)新物理的一個(gè)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(jī)對新物理信號進(jìn)行精確檢驗(yàn),它是LHC的有益補(bǔ)充.因而探測電弱對稱性破缺機(jī)制和檢驗(yàn)新物理是這些高能對撞機(jī)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(jī)（如德國的TESLA）上很容易實(shí)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(gè)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(diǎn).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(shí)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(gè)top-pion介子和一個(gè)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(jī)上研究這些新粒子的產(chǎn)生過程可以為實(shí)驗(yàn)上探測它們提供理論指導(dǎo),同時(shí)也為檢驗(yàn)TC2模型提供了直接的證據(jù).在文獻(xiàn)[3]中,我們研究了eγ對撞機(jī)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(dá)到102fb的量級,并且這兩個(gè)過程的散射截面比最小超對稱下的類似過程大一個(gè)量級.因此,這兩個(gè)過程為我們在將來的高能直線對撞機(jī)上實(shí)驗(yàn)中探測Top-pion介子和檢驗(yàn)TC2模型提供了良機(jī).關(guān)于上述3個(gè)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(xiàn)[9-10]也研究了top-higgs粒子在大型強(qiáng)子對撞機(jī)LHC和高能直線對撞機(jī)上的味改變產(chǎn)生過程.需要特別指出的是,TC2模型的一個(gè)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(yàn)提供一個(gè)獨(dú)特的方法.本文主要研究top-higgs粒子在γγ對撞機(jī)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(yàn)TC2模型提供了一種很好的方法.

1 產(chǎn)生截面的計(jì)算

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

圖1 γγ→過程的費(fèi)曼圖

產(chǎn)生振幅的表達(dá)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(shí),該過程的產(chǎn)生截面在大部分參數(shù)空間內(nèi)可以達(dá)到幾十個(gè)fb.如果取直線對撞機(jī)的年積分亮度為500fb-1,每年可以產(chǎn)生成千上萬個(gè)事例數(shù).

（3）對比與top-higgs產(chǎn)生的另外一個(gè)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(jī)為我們提供了一個(gè)更好的途徑去探測top-higgs粒子.

（4）由于GIM機(jī)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(gè)理想過程,可以為實(shí)驗(yàn)上檢驗(yàn)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(jìn)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(dá)到幾十個(gè)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(jī)實(shí)驗(yàn)探測到.因此,通過研究γγ→過程對于探測top-higgs和檢驗(yàn)TC2模型有著重要的理論意義.

[1]傅恩生.光子對撞機(jī)研究進(jìn)展[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)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(jī)上Top-pion介子產(chǎn)生的研究[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)：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(bào)：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(jī)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(bào)：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(bào)：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(bào)：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(qiáng)子對撞機(jī)上單體產(chǎn)生過程的研究[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：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(jī)上的產(chǎn)生[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)：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.