TC2模型中top-higgs粒子在光子对撞机上的产生

刘玉波,朱迎正,李万秋,柴交栋,孙志远,刘要北

（河南科技学院,河南新乡453003）

TC2模型中top-higgs粒子在光子对撞机上的产生

刘玉波,朱迎正,李万秋,柴交栋,孙志远,刘要北

（河南科技学院,河南新乡453003）

在顶色辅助的人工色（TC2）模型的框架下,研究了γγ对撞中产生中性top-higgs粒子（）的味改变过程:.计算结果显示：当质心能量为1 TeV时,该过程的产生截面在一定的参数空间内可达到几十个fb.由于的产生背景非常干净,通过此味改变过程在将来的高能直线对撞机上可以很容易探测到top-higgs事例,也为实验上检验TC2模型提供了依据.

TC2模型；top-higgs粒子；产生截面

目前描述粒子物理理论的标准模型被普遍认为是一个低能有效理论,在较高能标（如TeV能标）处应该有出现超出标准模型的新物理出现.欧洲核子中心已经开始运行的大型强子对撞机LHC是检验新物理的一个理想工具,一旦在LHC上发现新物理的信号,就需要高能正负电子直线对撞机对新物理信号进行精确检验,它是LHC的有益补充.因而探测电弱对称性破缺机制和检验新物理是这些高能对撞机的主要任务.根据康普顿散射,在正负电子直线对撞机（如德国的TESLA）上很容易实现光子（γγ）对撞或者光子-电子（eγγ）对撞[1].光子对撞的典型相互作用截面比正负电子对撞截面高一个数量级,因此在γγ对撞中的事件数目要比电子对撞中的多,而且还有背景干净,末态比较丰富等优点.因此利用光子对撞可以研究许多反映中新的现象.

电弱对称性动力学破缺理论是一种新的理论,顶色辅助的人工色（TC2）模型是该理论的一种具体实现方式,它有效地解决了电弱统一模型中有关higgs部分的问题和重的顶夸克质量问题[2].TC2模型预言了3个top-pion介子和一个中性的top-higgs粒子,这些粒子可以认为是TC2模型的特征粒子.因此,在高能对撞机上研究这些新粒子的产生过程可以为实验上探测它们提供理论指导,同时也为检验TC2模型提供了直接的证据.在文献[3]中,我们研究了eγ对撞机上中性Top-pion介子和带电Top-pion介子的联合产生过程.结果表明其产生截面可达到102fb的量级,并且这两个过程的散射截面比最小超对称下的类似过程大一个量级.因此,这两个过程为我们在将来的高能直线对撞机上实验中探测Top-pion介子和检验TC2模型提供了良机.关于上述3个top-pion介子的产生过程已经有了大量的研究工作[3-8],文献[9-10]也研究了top-higgs粒子在大型强子对撞机LHC和高能直线对撞机上的味改变产生过程.需要特别指出的是,TC2模型的一个很重要特征就是中性的top-pion介子和top-higgs粒子与t夸克和c夸克之间存在着味改变的耦合.因而,对这种味改变过程的研究将为TC2模型的检验提供一个独特的方法.本文主要研究top-higgs粒子在γγ对撞机上探测中性top-higgs粒子的过程γγ→.由于标准模型在树图水平不存在味改变中性流过程,而top-higgs粒子与top-charm夸克存在味改变耦合,所以该过程的背景非常干净.因此,研究该过程为探测top-higgs粒子和检验TC2模型提供了一种很好的方法.

1 产生截面的计算

与中性的top介子类似,top-higgs粒子与第三代夸克也有较强的耦合,其形式可以表示为：

图1 γγ→过程的费曼图

产生振幅的表达式如下：

2 数值结果与分析

（2）产生截面随质心能量的增加明显增大,另外,也随参数ε的增大而增大.当质心能量取2.0 TeV时,该过程的产生截面在大部分参数空间内可以达到几十个fb.如果取直线对撞机的年积分亮度为500fb-1,每年可以产生成千上万个事例数.

（3）对比与top-higgs产生的另外一个过程e+e−→,我们发现对于相同的模型参数,过程γγ→的产生截面要明显大于e+e−→过程的产生截面.因此,光子对撞机为我们提供了一个更好的途径去探测top-higgs粒子.

（4）由于GIM机制,在标准模型中不存在树图级别的味改变相互作用,所以该过程的背景十分干净.因此,γγ→过程是探测中性top-higgs粒子的一个理想过程,可以为实验上检验TC2模型提供直接的依据.

3 结论

在TC2模型下对中性的top-higgs粒子的产生过程γγ→进行了研究.结果表明对于轻的top-higgs和较高的质心能量,此过程的散射截面可以达到几十个fb.由于在标准模型中不存在味改变耦合,所以该过程的背景十分清晰,即使对于小的产生截面,也可能被将来的高能直线对撞机实验探测到.因此,通过研究γγ→过程对于探测top-higgs和检验TC2模型有着重要的理论意义.

[1]傅恩生.光子对撞机研究进展[J].激光与光电子学进展,2004,41（2）：24-29.

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

[3]刘要北,邵美娟,李水斌.e对撞机上Top-pion介子产生的研究[J].甘肃联合大学学报：自然科学版,2009,23（1）：42-44.

[4]申杰奋,杜霖霖,王学雷.TC2模型中Top-pion介子在ILC上的产生[J].河南师范大学学报：自然科学版,2009,37（6）：69-70.

[5]李炳中,韩金钟,罗永松,等.光子对撞机上探测与Top夸克关联产生的荷电Top-pion介子∏t^-[J].信阳师范学院学报：自然科学版,2010,23（4）：519-521.

[6]鲁公儒,黄金书,吕刚.TC2模型下底夸克对产生的研究[J].高能物理与核物理,2007,31（2）：143-149.

[7]王晓雪,李卫彬,王学雷,等.TC2模型下中性top-pion衰变过程研究[J].河南理工大学学报：自然科学版,2006,25（4）：331-334.

[8]陈兰莉,许文娜.TC2模型下核电介子（П^＋t）衰变过程研究[J].南阳师范学院学报：自然科学版,2006,5（9）：24-26.

[9]乔庆鹏,张向丹,赵先林.TC2模型中的top-Higgs粒子在大型强子对撞机上单体产生过程的研究[J].河南师范大学学报：自然科学版,2011,39（1）：73-75.

[10]贾永,陈鹏.top-Higgs在高能线性对撞机上的产生[J].郑州轻工业学院学报：自然科学版,2006,21（1）：93-95.

（责任编辑：卢奇）

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

河南省教育厅自然科学基金（2009B140003）；河南科技学院大学生创新基金

刘玉波（1990-）,男,河南邓州人.

刘要北（1980-）,男,河南禹州人,硕士,讲师.主要从事粒子物理方面的研究.