重子数不对称和相关新物理的唯象学研究

The primary purpose of the project is the research of the baryon asymmetry of the universe. The preferred approach is the electroweak baryogenesis mechanism (EWBG)，wherein the baryon asymmetry is generated during the electroweak phase transition. The two ingredients of the mechanism are strong first order electroweak phase transition and CP violation beyond the standard model (SM). The first ingredient always require new physics beyond the SM, and the prediction are the detectable of new particles at colliders and deviation of the triple Higgs coupling in comparison with the SM. While the CP violation beyond the SM would be constrained by the electron dipole moment experiments strigently. The exact content of the project includes: (1) The collider search of the strong first order phase transition, especially the search of the triple Higgs coupling; (2) Systematically study of the relation between CP violation and realization of the EWBG; (3) The study of the specifically realization method of strong first order electroweak phase transition and its relation with the dark matter interaction.

本项目的研究内容主要是探索宇宙中的重子数不对称问题。我们主要采用的是电弱重子数产生机制，它是在电弱相变的过程中产生重子数不对称。这个机制的两个必要条件是强一阶电弱相变和超出标准模型的CP破坏。强一阶电弱相变一般要求有超出粒子物理标准模型的新物理的存在，它的预测是在对撞机上能够看到新的粒子，探测到的三个希格斯相互作用耦合系数会相对标准模型有偏离。而超出标准模型的CP破坏受到电耦极矩实验的严格限制。本项目的具体研究内容包括：（1）强一阶电弱相变的对撞机探测，主要通过探测三个希格斯相互作用耦合系数；（2）系统研究CP破坏与电弱重子数产生机制实现的关系，以及CP破坏受到电耦极矩限制的计算; （3）分析强一阶电弱相变的具体实现方式和以及它与暗物质之间相互作用的关系。

宇宙中重子数不对称是粒子物理、核物理和宇宙学交叉领域的一个重大基本问题。电弱重子数产生机制(EWBG)是众多能解释这个问题的机制中的一种。EWBG 要求电弱相变是强一阶相变,而在粒子物理标准模型(SM)中不能实现强一阶相变。另一方面，要产生观测到的重子数不对称,需要引入超出标准模型的新的CP破坏。大型强子对撞机观察新的粒子和间接地通过高灵敏度低能量的研究 CP 破坏的电耦极矩(EDM)测量表明,EWBG 是一种可以通过实验检验的重子产生情形，该特性使得 EWBG 从重子数不对称产生的的众多机制中脱颖而出。本项目研究超出粒子物理标准模型的新物理，包括相关CP破坏和电耦极矩,重子数不对称(正反物质不对称)，希格斯物理,电弱相变和引力波，和暗物质等。具体如下：1. 超出粒子物理标准模型的CP破坏的电偶极矩的理论预言和相关实验探测的研究;2.暗物质产生机制和电弱相变过程之间关系的研究;3.新物理模型宇宙早期重子数不对称解释和电弱相变引力波预言的研究。强一阶相变过程中可以产生随机引力波，引力波的探测为相关新物理和电弱对称性破缺的研究提供了一个新的窗口。其中，相关CP破坏，重子数不对称，相变引力波等粒子物理和宇宙学交叉前沿课题的文章得到国际同行高度认可与引用。相关CP破坏的理论研究为大型对撞机和低能高精密电耦极矩实验提供理论支持。相关对撞机，电弱相变和引力波的研究为未来对撞机（如我国未来的CEPC/SppC，日本的ILC，欧洲核子中心的FCC-ee/FCC-hh)，和我国探测引力波的太极计划，天琴计划和阿里实验计划,以及国际上的BBO，DECIGO和Ultimate-DECIGO，和LISA等提供理论支持。对于暗粒子或暗物质协助产生相变引力波信号和中微子质量产生的机制的研究，为通过引力波探测限制暗物质模型提供了可能性。

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