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标题: 紫金山天文台利用暗物质模子阐释W玻色子超重现象 [打印本页]

作者: 无与伦比 时间: 2022-11-11 04:10
标题: 紫金山天文台利用暗物质模子阐释W玻色子超重现象
来源：【中国科学院】
克日，中国科学院紫金山天文台研究员范一中、蔡岳霖及博士研究生唐天鹏，与南京师范大学互助，运用自主研发的整体拟合方法，分析W玻色子超重结果，发现此反常信号与暗物质存在很强关联。
天文学和宇宙学观测证据表明，宇宙中存在大量的不发光物质，即暗物质。暗物质占宇宙总物质的85%，在宇宙的形成和演化过程中具有重要作用。因此，探求更多的暗物质证据并确定其性质是当前天文学、粒子物理及宇宙学领域最重要的使命之一，也是21世纪底子科学研究可能取得重大突破的方向之一。
近来，美国费米实验室CDF-II互助组在Science上公布了W玻色子质量的最新实验结果：80.4335±0.0094 GeV，其丈量精度到达了万分之一，也是迄今为止天下上最精确的丈量结果。如今，全部丈量W玻色子质量的实验结果见图1。W玻色子及此中性伴子Z玻色子是天然界中通报弱相互作用的媒介粒子，是探索电弱对称性破缺机制和根本粒子质量劈头的重要一环。而此次CDF-II互助组丈量到的W玻色子质量与标准模子理论预言值存在7个标准毛病，这或暗示超出标准之外新物理的存在，得到了全球物理学家的关注。
惰性双希格斯二重态模子（i2HDM）是最小的暗物质模子，只在标准模子的底子上扩充一个暗区的希格斯二重态。该模子中，除了标准模子希格斯粒子（SM-like Higgs）外，还包罗两个中性希格斯粒子（S、A）和一对带异种电荷希格斯粒子（H±），此中最轻的中性希格斯粒子（S）就是暗物质粒子。基于惰性双希格斯二重态模子，范一中等发现当暗物质粒子质量介于54～74GeV之间通过量子修正能天然地解释W玻色子质量超出，且与全部的其他现有实验结果同等。无需引入任何精细参数调节，这样的暗物质粒子会在银河系产生可探测的GeV伽马射线信号与反质子信号，而这两种对应信号很可能已被Fermi-LAT和AMS-02观测到（图2左），也就是之前广被讨论的银心GeV伽马射线超出与反质子超出。此外，这种暗物质模子预言存在标准模子希格斯粒子（SM-like Higgs）共振泯没以及暗物质粒子与次轻中性希格斯粒子（A）共同泯没两种过程。这两种泯没过程的信号在暗物质直接探测实验（图2中）和高亮度大型强子对撞机（LHC）实验（图2右）均具有很强的可查验性。该研究对未来探求暗物质粒子研究具有重要的理论引导意义。
相干研究成果以Inert Higgs dark matter for CDF II W-boson mass and detection prospects为题，发表在《物理批评快报》（Physical Review Letters）上，这是该期刊担当发表的首篇W玻色子质量超出理论的解读论文。研究工作得到国家天然科学基金、中科院战略性先导科技专项的支持。
论文链接

图1.如今，全部丈量W玻色子质量的实验结果总结，灰色柱状区域代表标准模子的理论预言值和误差范围。

图2.左为同时满足银心GeV伽马射线超出和反质子超出的暗物质质量区间（红色区域），中为类标准模子希格斯粒子（SM-like Higgs）共振泯没过程在暗物质直接探测上的观测前景（蓝色区域），右为暗物质粒子与次轻中性希格斯粒子（A）共同泯没过程在高亮度强子对撞机上的可观测预期（绿色区域）。
本文来自【中国科学院】，仅代表作者观点。天下党媒信息公共平台提供信息发布传播服务。
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