论文部分内容阅读
粒子物理唯象学是高能粒子物理研究中必不可少的一部分,它是在理论研究和高能物理实验之间的一座桥梁。粒子物理唯象学的任务就是对复杂的粒子物理理论进行数值计算与模拟,并将计算结果与高能物理实验的结果相比较。通过比较各种细节,我们才能知道建立和完善模型需要满足哪些要求,或者某些特定模型取什么样的参数,参数设定在什么范围。标准模型是当前最成功的粒子物理模型,但它也存在一些无法解释的问题,比如不能提供暗物质粒子,也面临严重的精细调节问题。这些问题可以在超对称模型下得到很好的解释,所以对超对称理论进行唯象研究非常有意义。本文对超对称模型中最轻的neutralino粒子作为暗物质粒子的两种方案进行了唯象学研.究.,第一种是最小超对称模型中以bino为主、质量低于100GeV的neutralino作为暗物质的方案,在扫描到足够多的满足各种现有实验限制的样本后,我们对样本进行了 14TeV的LHC上的蒙卡模拟,我们发现:· slepton质量大于350GeV的样本,它们的X01有两种湮灭方式:1.mxo1≌mz/2,x01通过s道的Z玻色子湮灭,这些样本的μ值小于470GeV,2.mxo1≌mh/2,x01通过s道的Higgs湮灭,这些样本的μ值小于800GeV;· slepton质量小于350GeV的样本,暗物质粒子x01与slepton粒子通过t道或者u道湮灭;·如果14TeV的LHC上没有观测到多轻子加ETmiss的信号,那么30 fb-1、100 fb-1 300 fbt-1积分亮度的LHC数据能将mx10的下限提高到42GeV、44GeV、55GeV;· 300 fb-1积分亮度的LHC上如果没有发现多轻子加ETmiss信号,那么大多数μ(?)350GeV且μ与mx10差值较大的样本会被排除,轻暗物质方案的存活空间也会被限制到很小的区域内;·暗物质直接探测实验对轻暗物质方案有很强的检验能力,我们扫描到的样本几乎都在LZ-7.2T的探测能力之内。第二种方案是自然次最小超对称提供暗物质粒子,在扫描中我们要求两种精细调节度△z和△h都不能大于50,并用蒙卡模拟对扫描到的样本进行筛选,最后研究了 LUX-2016 数据对该方案的限制情况。我们发现:·在严格的实验限制下,次最小超对称依然能保持其自然性,但未来更加严格的暗物质直接探测实验对次最小超对称模型的自然性提出了挑战;·在暗物质直接探测中,对自旋相关截面的限制与对自旋无关截面的限制形成互补,它们对自然次最小超对称模型提供暗物质方案的排除能力非常强,尤其是对以singlino或者higgsi.no为主的neutrali.no暗物质粒子;·对自旋无关的暗物质与核子散截面,通过调节其中各个贡献使其相互抵消,次最小超对称模型可以给出非常低的截面,但这种调节算是一种新的“精细调节”,影响模型的自然性;最后分析了粒子物理唯象学中在开发程序方面面临的问题,介绍了以Python为框架的针对唯象学研究尤其是扫描工作的工具包ScanCraft:首先阐述了开发时的主要原则,然后给出了实现马尔科夫链扫描和多线程随机扫描这两种扫描方法的案例。