t-(-t)-γ耦合及(~g)衰變的精確研究.pdf

1、雖然標(biāo)準(zhǔn)模型(SM)被認(rèn)為是迄今為止最為成功的粒子物理模型，但由其基石之一(Higgs機(jī)制)所引入的Higgs粒子至今未在實(shí)驗(yàn)上被發(fā)現(xiàn)，探索電弱對(duì)稱性破缺(EWSB)的起源進(jìn)而尋找新物理成為當(dāng)前粒子物理學(xué)界的最重要目標(biāo)。美國費(fèi)米國家實(shí)驗(yàn)室的Tevatron對(duì)撞機(jī)以及歐洲核子中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)為我們精確研究標(biāo)準(zhǔn)模型以及探索新物理提供了非常好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本論文緊跟當(dāng)前粒子物理學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)的熱點(diǎn)進(jìn)行選題，精確研究了t-(t)-γ耦

2、合及(g)衰變。
　　 作為標(biāo)準(zhǔn)模型中最重的費(fèi)米子，頂夸克的質(zhì)量最接近電弱對(duì)稱性破缺能標(biāo)，研究與頂夸克相關(guān)的性質(zhì)被認(rèn)為最可能發(fā)現(xiàn)電弱對(duì)稱性破缺機(jī)制的秘密。強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量的頂夸克事例，其中對(duì)撞能量最高的LHC被稱為頂夸克工廠，在強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上t(t)γ的強(qiáng)產(chǎn)生僅對(duì)t-(t)-γ的耦合敏感，不會(huì)引入t-(t)-Z耦合的信息，所以在強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上對(duì)t(t)γ伴隨產(chǎn)生過程的精確研究能為我們精確檢驗(yàn)頂夸克與光子的規(guī)范耦合提供更好的理論支

3、撐。在論文第三章，我們研究了強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上頂夸克(top-quark)對(duì)伴隨光子產(chǎn)生過程(p(p)/pp→t(t)γ+X)的次領(lǐng)頭階(NLO)QCD修正。給出了該過程領(lǐng)頭階(LO)和NLOQCD修正后的頂夸克和光子的橫動(dòng)量分布，并且計(jì)算了Tevatron上p(p)→t(t)γ+X過程的頂夸克電荷前后不對(duì)稱性(AFB)。研究結(jié)果表明，包含了NLOQCD修正后，散射截面對(duì)非物理能標(biāo)μ的依賴比LO有了很大的改善；當(dāng)取μ=mt時(shí)，LHC上t(t)

4、γ伴隨產(chǎn)生過程的NLOQCD修正超過了50％，如此顯著的效應(yīng)在LHC的實(shí)驗(yàn)上是必須考慮的。我們的文章發(fā)表后，被Tevatron上的CDF實(shí)驗(yàn)組引用，同時(shí)也得到了LHC上ATLAS實(shí)驗(yàn)組的重視，根據(jù)ATLAS實(shí)驗(yàn)組的需要，我們將pp→t(t)γ+X過程的精確研究拓展到LHC當(dāng)前對(duì)撞能量7TeV下，同時(shí)深入研究了低光子橫動(dòng)量截?cái)啵≒(γ)T,cut）以及奇異頂夸克(qt=-4e/3)所帶來的影響，研究結(jié)果表明pp→t(t)γ+X過程的K-因

5、子[K≡σNLO/σLO]對(duì)p(γ)T,cut以及頂夸克帶電量(qt)都不敏感。當(dāng)我們將qt從2e/3變?yōu)?4e/3時(shí)，K-因子僅變化了約3％，但是總的散射截面卻強(qiáng)烈依賴p(γ)Υ,cut和qt的取值。
　　 為了解決標(biāo)準(zhǔn)模型的一些根本不足，物理學(xué)家提出了各種新的理論模型，比如LittleHiggs模型，大額外維模型(LED)和最小超對(duì)稱模型(MSSM)等，其中最小超對(duì)稱模型(MSSM)不僅擁有優(yōu)美的對(duì)稱性而且具有豐富的物理內(nèi).

6、涵，被認(rèn)為是最有希望的新物理模型。根據(jù)MSSM，所有SM粒子都有其超對(duì)稱伴隨子。在R宇稱守恒的MSSM中，通常認(rèn)為X-01(最輕的neutralino)是最輕的超對(duì)稱粒子(LSP)，除LSP外的超對(duì)稱粒子都不穩(wěn)定，在對(duì)撞機(jī)上產(chǎn)生后，它們會(huì)迅速衰變到更輕的粒子。頂夸克的超對(duì)稱伴隨子標(biāo)量頂夸克(t)1被認(rèn)為是最輕的標(biāo)量夸克(squarks)。（x）(01)和(t)1都很可能在實(shí)驗(yàn)上被發(fā)現(xiàn)。做為帶色的超對(duì)稱粒子，標(biāo)量夸克和(g)會(huì)在強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)

7、上大量產(chǎn)生，而這些粒子一旦產(chǎn)生就會(huì)衰變。根據(jù)參數(shù)選取的不同，(g)會(huì)有很多衰變道，就像人們期待(t)1是最輕的標(biāo)量夸克一樣，衰變道(g)→t(t)(X)(01)是（g）最主最主要的衰變道，因此精確計(jì)算該衰變道的NLO修正就非常必要。在本論文第四章，我們給出了超對(duì)稱粒子（g）(gluino)的三體衰變過程（（g）→t(t)(X)(01)）的包括QCD修正在內(nèi)的精確計(jì)算。關(guān)于超對(duì)稱參數(shù)的選取，我們緊貼實(shí)驗(yàn)選擇了由SPA方案給出的SPS6參數(shù)

8、基準(zhǔn)點(diǎn)，關(guān)于共振粒子的處理方法，我們選擇了能保證規(guī)范不變性的復(fù)質(zhì)量方案(CMS)，并且首次給出了在復(fù)質(zhì)量方案下標(biāo)量頂夸克部分的抵消項(xiàng)的表達(dá)式和推導(dǎo)過程。在上述選擇下，我們精確計(jì)算了該過程在參數(shù)基準(zhǔn)點(diǎn)SPS6處的LO和NLOQCD修正后的衰變寬度，并且研究了它們對(duì)真空期望值(VEVs)tanβ(g)的質(zhì)量m(g)、標(biāo)量頂夸克的質(zhì)量（m(t)1、m(t)2）以及X-01的質(zhì)量mX-01的依賴關(guān)系，同時(shí)給出了該過程LO和NLOQCD修正后的寬

9、度隨t(t)不變質(zhì)量Mt(t)和(X)01的能量Emiss(missingenergy)的微分分布（dΓLO/dMt(t)和dΓLO/miss）。我們的研究結(jié)果表明，在某些參數(shù)空間，NLOQCD修正的絕對(duì)值超過了30％，這個(gè)效應(yīng)是相當(dāng)可觀的，為實(shí)驗(yàn)上尋找相關(guān)超對(duì)稱粒子提供了很好的理論依據(jù)。
　　 本論文中創(chuàng)新之處主要在如下幾點(diǎn)：
　　 ·本論文首次對(duì)強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上p（p）/pp→t(t)γ+X過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，準(zhǔn)確計(jì)算

10、了該過程的NLOQCD修正，給出了該產(chǎn)生過程目前最精確的理論預(yù)言，為LHC和Tevatron上精確研究t(t)y的產(chǎn)生信號(hào)提供了理論依據(jù)，對(duì)于檢驗(yàn)頂夸克與光子的耦合性質(zhì)有著非常重要的意義。并且我們的計(jì)算結(jié)果被美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的CDF實(shí)驗(yàn)組采用。
　　 ·我們發(fā)表的文章“Phys.Rev.D80(2009)014022”，在本領(lǐng)域得到了廣泛的重視，截止目前他引已達(dá)十余次。根據(jù)ATLAS實(shí)驗(yàn)組的需要，我們對(duì)LHC上t(t)γ伴隨產(chǎn)生過

11、程進(jìn)行了更加深入的研究，給出了該過程在7TeV對(duì)撞能量下的目前最精確的理論預(yù)言，同時(shí)我們還研究了低光子橫動(dòng)量截?cái)嘁约捌娈愴斂淇藢?duì)該過程的影響。我們的計(jì)算結(jié)果得到了ATLAS實(shí)驗(yàn)組的認(rèn)可，并被ATLAS實(shí)驗(yàn)組采用。
　　 ·本論文首次對(duì)(g)→t(t)(X)01過程進(jìn)行了精確的研究，準(zhǔn)確計(jì)算了該過程的NLOQCD修正，給出了該衰變過程目前最精確的理論預(yù)言，這為實(shí)驗(yàn)上尋找超對(duì)稱粒子提供了重要的理論依據(jù)，對(duì)我們更加深入的研究MSSM具