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尽管标准模型在基本粒子物理中取得了令人瞩目的成功,但人们普遍认为,标准模型只是TeV标度以下的有效理论。欧洲大型强子对撞机(LHC)的主要目标就是寻找标准模型中导致电弱破缺的Higgs粒子和超出标准模型的新物理。顶夸克作为实验已经发现的标准模型中最重的粒子,其质量已接近电弱对称性破缺标度,因而顶夸克是探索电弱对称性破缺的一个很好的探针,此外,有关顶夸克的各种观测量的实验和理论研究,在探索超出标准模型的新物理中也起着特殊的作用。
本文首先研究了顶夸克模型无关的量纲为5的FCNC反常耦合所诱导的三个衰变道()的次领头阶QCD修正和算符混合效应。对于t→q+g,其结果表明,次领头阶QCD修正能够增加领头阶衰变分支比达20%。此外,次领头阶QCD效应还减小了理论预言对重整化标度的依赖性,因而使得理论的预言更加可靠,并且它不会受到算符混合效应的影响·该结果已被CDF实验组引用,为其在实验中确定t→q+g衰变分支比的实验上限提供了理论依据。对于t→q+γ和t→q+Z道,次领头阶QCD修正对衰变分支比的影响很小,基本可以忽略。但是对它们的部分衰变宽度的修正仍可达到约9%。在考虑了算符混合效应之后,这两个道的衰变分支比将进一步改变,依赖于参数()的不同选取,这些混合效应可大可小,可正可负。上述结果对在LHC上进一步精确测量顶夸克的反常耦合的实验将有重要参考价值。
其次,还研究了LHC上单个顶夸克产生过程中SUSY-QCD效应,其计算结果表明,对于s道和t道,其SUSY-QCD效应最多达到1%,从而可以忽略。但是对于tW联合产生道,其SUSY-QCD效应在大部分参数空间均可达到6%的水平,其大小可与NLO QCD效应(约10%)相比拟,因而在LHC上tW联合产生过程的精确测量中需要加以考虑,并由此发现可能的SUSY存在的间接证据。
最后,在计算了顶夸克与W玻色子联合产生过程的NLO QCD修正之后,本文还研究了在软共线有效理论的框架下,该过程截面和微分截面的阈重求和在动量空间中的因子化形式。所得到的阈重求和公式避免了在Mellin反变换中可能遇到的Landau极点问题,因而减小了非微扰效应所导致的不确定性。利用上述因子化形式,可以对tW的联合产生过程的截面进行NNLL阶阈重求和的数值计算。