岳崇兴，赵诗禹

(辽宁师范大学 物理与电子技术学院，辽宁 大连 116029)

0 引言

众所周知，粒子物理的标准模型(SM)是二十世纪物理学最成功的理论之一，它已被大量精确实验数据所检验成功的描述了强、弱、电三种基本相互作用．因此，该理论已获诺贝尔物理学奖多次．但是该理论在实验和理论两方面还存在一些问题．比如SM不能解释中微子质量、暗物质和暗能量等．在理论上 SM 还存在有平庸性、不自然性等问题．目前人们普遍认为 SM是费米能标下成功的有效理论，在高能标(TeV能标)应存在超出 SM 的新物理理论．

截至目前，人们已提出如超对称理论、人工色理论、小Higgs理论等新物理论，这些新物理论正确与否还有待于实验的检验，所有的新物理论都预言新粒子的存在，这些新粒子可在现在或将来的高能对撞机实验中产生丰富的物理现象．矢量双轻子是非常重要的一类新规范玻色子，携带两个单位轻子数，不能夸克耦合.它在高能对撞机上的产生与衰变已有一些工作，但到目前为止在实验上还未发现此类新粒子．不过，现在的实验已给出对其质量的限制，即100 GeV ≤M≤750 GeV[1]．当然此限制强烈依赖于具体新物理模型．人们相信已成功运行的大型强子对撞机(LHC)在不远的将来应该能发现或排除此类新粒子．

LHC是目前运行能量最高、探测能力最强的大型实验．它的成功运行揭开了物理学，尤其粒子物理研究的新篇章．2012年7月4日， LHC的ATLAS和CMS两个实验合作组分别宣布发现了Higgs玻色子(俗称上帝粒子)[2]．此事件受整个科学界关注，也因此，2013年的诺贝尔物理学奖授予F.Englert 和P.W.Higgs．但是LHC有关Higgs的实验数据与SM的预言值还有一定的偏差，发现的Higgs粒子是否为SM预言的粒子还有待于进一步研究．最近有大量文章在不同新物理模型框架下研究了Higgs数据[3]．我们首次在简化的最小(RM331)[4]模型框架下研究了矢量双轻子对Higgs衰变的修正，发现此类新粒子可成功解释Higgs数据．本文简单叙述了RM331模型的基本内容，并给出了基本的计算公式和数值结果，最后给出了我们的结论和简单讨论．

1 RM331模型的基本内容

所有类型的331模型都是有SU(3)C×SU(3)L×U(1)X对称性,其电算符可以定义为

Q=T3+βT8+XI

(1)

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其中a=1，2，3,i=2，3，小括号里面的数字表示费米子在规范群SU(3)C×SU(3)L×U(1)X的相应量子数，右手单态夸克可表示为

(4)

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与最小的331模型不同，RM331模型的标量部分仅包含两个Higgs三重态

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gγVV=e，gγUU=2e

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其中SW=sinθW，CW=cosθW，θW是温伯格角．混合参数Cβ,Sβ的具体表达式为：

(11)

其中t=vρ/vχ，在下一部分我们利用这些耦合关系讨论．计算矢量双轻子V±和U±±对Higgs衰变h→γγ，h→Zγ的贡献，并和LHC实验的相关数据相比较．

2 矢量双轻子和h→γγ,h→Zγ衰变

LHC的ATLAS和CMS合作组分别发现了质量近似为125 GeV的类Higgs粒子，其数据表明H→γγ信号大于SM的预言[2]．有γγ道产生截面与SM预言截面μ值的最后测量结果为：ATLAS，σ/σSM=1.65±0.35；CMS，σ/σSM=1.11±0.31．显然两个合作组的结果有偏差，有必要对此进行深入分析．若此偏差一直存在，那么将是新物理存在的又一强有力的工具．众所周知，h→γγ衰变仅能在圈函数发生，对荷电m粒子非常敏感．同时这些荷电新粒子亦可对另一圈级过程h→Zγ有贡献．因此对h→γγ和h→Zγ的联合分析将提供非常重要的新物理信息．考虑到单、双荷电矢量双轻子V±、U±±的贡献，h→γγ，h→Zγ的衰变宽度表达式为：

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(15)

从上一部分的讨论可以看出，参数Rγγ和RZγ的值主要依赖于自由参数MV，λ2和λ3．对于RM331模型，有0<λ2<3和-3<λ3<0，我们在文献[8]已研究了反常磁矩aμ对质量参数MV的限制．我们在数值计算中考虑到此结果，具体结果如图1和图2所示，从这些图可以看出：矢量双轻子对参数Rγγ正贡献，而对参数RZγ有负贡献，当MV→∞时，Rγγ和RZγ的值都趋于1，即对这两个参数的贡献为零．对于308 GeV ≤MV≤429 GeV，自由参数λ2，λ3取：λ2=0.8,-1.8<λ3<0；λ2=2,-2.8<λ3<0时，RM331模型都可以解释ATLAS的Higgs数据，但是CMS的Higgs数据可对自由参数λ2，λ3严格的限制．

图1 当自由参数λ2，λ3取不同值时，Rγγ随质量MV的变化曲线

3 结论与讨论

本文讨论并计算了RM331模型预言的矢量双轻子V±，U±±对h→γγ和h→Zγ衰变过程的量子修正，并和LHC的相关Higgs数据做了比较，发现这些新粒子在合理的参数范围内可解释LHC的实验数据．当然模型相关的一些自由参数的取值受到一定程度的限制．当然RM331模型还预言了m的费米子和双荷电标量粒子的存在，这些新粒子不能与Higgs玻色子h直接耦合，因此对h→γγ，h→Zγ无直接贡献．但是这些新粒子可对h→γγ，h→Zγ衰变过程有高阶量子修正．不过此修正效应远小于矢量双轻子的，因此本文忽略了此类修正．期望本文的结果对大型强子对撞机——LHC在不远的将来探测331这类新物理模型有所帮助．

图2 当自由参数λ2，λ3取不同值时，RZγ随质量MV的变化曲线

[1]M.Tully,G.C.Joshi.Mass bounds for flavor mixing bileptons[J]．Phys.Lett.,1993,466:333～339;Willmann,P.V.Schmidt,H.P.Wirtz,et al.New bounds from searching for muonium to anti-muonium conversion[J]．Phys.Rev.Lett.，1999，82：49～52;E.M.Gregores,A.Gusso,S.F.Novaes.New limits on doubly charged bileptons from CERN LEP data,and search at future electron positron and electron photon colliders[J].Phys.Rev.D,2001,64:015004～015010.

[2]G.Aad,T.Abajyan,B.Abbott,et al.[ATLAS Collaboration],Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC[J].Phys.Lett.B,2012,716:1～29;S.Chatrchyan,et al.[CMS Collaboration],Ob-servation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC[J].Phys.Lett.B,2012,716:30～61.

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[4]J.G.Ferreeira,Jr,P.R.D.Pinheiro,C.A.de S.Pires,et al.The Minimal 3-3-1 model with only two Higgs triplets[J].Phys.Rev.D,2011,84:095019～095038.

[5]F.Pisano,V.Pleitez.An SU(3)×U(1)model for electroweak interactions[J].Phys.Rev.D,1992,46:410～417.

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[8]Chong-XingYue,Qiu-Yang Shi,Tian Hua.Vector bileptons and the decaysh→γγ,Zγ[J].Nucl.Phys.B,2013,876:747～757.