正负电子对撞机上Higgs粒子的产生文献综述

粒子物理的标准模型

摘 要：粒子物理是现阶段人类认识世界基本结构、基本作用力的一门学科。在粒子物理中，建立了标准模型帮助人们对基本作用力、基本的粒子的研究。在标准模型中，预言了61种基本粒子，而这些粒子在数十年的时间内注逐一的被人们在实验中发现的，并且发现的粒子的性质与预测的符合的很好，也因此，标准模型被认为是人类物理学的一座标志性的里程碑。但是标准模型仍然存在一些问题，如中微子振荡 、自由参数过多等。科学家们同样在不断探索中建立新的模型去完善标准模型。当然，在处理标准模型的数值问题时，人们需要借助数学软件帮助解决，例如Mathematica以及相应的软件包，Feynarts、Formcalc以及LoopTools。

关键词：粒子物理：标准模型；Mathematica; Feynarts ; Formcalc ; LoopTools;

1. 标准模型的研究背景

人类早在远古就开始探索周围世界，尤其是物质的起源以及客观存在之间的联系。在中国的古代，形成了阴阳五行学说来解释世界的由来以及各种客观事物的转化关系；在古希腊，他们提出“水，火，土，空气”的理论解释世界；到18世纪，原子、分子等理论被提出，在一定程度上更系统的解释了世界。如今，在粒子物理学，建立了标准模型，人们的认识逐渐深入到夸克层次。

在粒子物理学中，研究对象是物质的基本结构以及物质间最基本的相互作用。在长时间的探索下，人们逐渐认识到四种基本相互作用力：强相互作用、弱相互作用、电磁力以及万有引力。但是对于这四种作用力的统一理论，物理学家们始终求而不得。

1961年，格拉肖提出弱电统一模型，虽没有解决零质量规范粒子的困难，但是为后来者奠定了基础。1967年，温伯格和萨拉姆在格拉肖弱电统一原始模型的基础上，参考了希格斯的方法（引入标量粒子）进而发展了弱电统一规范理论。弱电统一理论的预言与实验符合得很好，尤其是成功预言了弱中性流的存在以及传递弱相互作用的中间玻色子及其质量。

在弱电统一理论的基础上，与量子色动力学结合，逐步建立和发展起来的理论便是标准模型理论。从群论的语言来说，标准模型就是SUtimes;SUtimes;U群下的量子场论，可以描述自然界除了引力之外的其它三种基本作用力。其中，SU群用于描述强相互作用力，SUtimes;U群描述电弱相互作用力。

1. 标准模型相关理论
2. 基本粒子

标准模型所研究的基本粒子有：轻子（lepton）、夸克（quark）、矢量玻色子（gauge boson）和基本标量粒子（只有Higgs）。同时标准模型以自旋将粒子分为费米子与玻色子两大类，费米子为半整数自旋（如1/2，3/2，5/2等），同时是组成物质的粒子，如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子，同时还满足泡利不相容原理；玻色子为整数自旋（如0，1，2等），是传递作用力的粒子，如传递电磁力的光子、介子，传递强核力的胶子，传递弱核力的W和Z玻色子，但它不满足泡利不相容原理。