LHC上荷电top-pion产生过程的研究

来源 :河南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhongshengxiao
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粒子物理的标准模型(SM)自被建立以来,在极高的精度下与大量的实验观测符合得很好,被证明是很成功的理论;然而SM预言的Higgs粒子尚未被确认,同时基本标量场的理论本身也存在诸如规范层级等问题,并且基本标量场模型不能为电弱对称性破缺(EWSB)提供动力学机制。多方面的分析认为存在新物理。另一方面,人工色(TC)相互作用理论可以提供一种关于电弱对称性破缺(EWSB)的动力学方案;顶色(TopC)相互作用理论可以解释顶(top)夸克的大质量问题;顶色辅助的人工色(TC2)模型是将TopC与TC结合起来构造的一种TC理论,其预言之一是存在赝标三重态粒子Π±,0t(top-pion),这是超出标准模型的新物理信号。大型强子对撞机(LHC)的建造目的之一是寻找SM中预言的Higgs粒子和超出标准模型的新物理,并且大量的理论都认为在LHC上将发现新物理。ATLAS和CMS是LHC的两大通用型探测器。精密的探测器硬件系统和优秀的数据处理方案,是有效进行数据获取和分析的基本前提。其中,事例判选方案必须结合信号和背景特点来制定。在数据处理中,LHC上喷注(jet)的参数测量是最复杂的问题之一。部分子分布函数(PDF)是对LHC和其他强子对撞机上的物理进行理论计算和实验数据分析的核心输入参数之一,目前它的数值是利用硬散射过程的实验数据在微扰QCD的框架下按一定的参数化方案进行拟合得到。其中的重夸克分布函数与胶子的共线劈裂效应密切相关。本文从研究Π±tcb的产生入手,较系统地研究了Π t在Tevatron和LHC上的产生和探测(Π t的质量范围取为100-600GeV),即分析了四个方案:(1)利用单Π t产生的总截面统计Π t产生的总事例数,其意义只在考虑Π t的轻子信号时体现出来,因为强子的喷注信号背景太大。截面依赖于Π t的质量,在LHC上范围为几个到几千个pb,且末态不含t夸克过程的贡献大于末态含t夸克过程的贡献。(2)通过cb→Π*t→c/t+b过程。此方案下,末态的2jet横向动量之和为0且SM背景较小,截面量级在Tevatron上总截面103~103fb,事例数较少,无法探测;在LHC上,在末态粒子为pT≥20G eV,|η|≤2.5的截断下,102~105fb,事例数较多。(3)通过Π t+x(x=t,c,b,g)过程。虽然在末态粒子为pT≥20G eV,|η|≤2.5的截断下,该过程在LHC上的截面仍可达几个到几千个pb,但是对于此类事例的标记是很难做到的,因此有待更深入的研究。Tevatron上的截面范围在105~10pb,不易探测。(4)通过Π t+x+x(x=t,c,b,g)过程,其信号是4jet。在Tevatron上, Π±tcb的产生主要通过初态为胶子的过程,而Π±ttb则主要通过初态为夸克的过程;在LHC上,均主要通过初态为胶子的过程;虽然Π±tcb的截面大于Π±ttb,但是在探测器的响应阈值内,Π±ttb的事例数多于Π±tcb。计算表明,在所有参数区间内存在关系σ (pp→Π t+x+x+X)>σ(pp→Π t+x+X)>σ(pp→Π t+X)。探测上存在两种可能的情况:(a)探测到4jet——如果可以确定其中的qq不是成对产生的,那么此事例可以作为一个候选的4jet事例;(b)探测到3jet (+EmissT)——在截断条件pT(c/t,b)≥80GeV,p T(Πt)≥160GeV,|η(c/t, b, Π t)|≤2.5下,此时可确保有3个jet被同时探测到,并且背景相对较干净,Π±tcb和Π±ttb的产生截面可分别达到几十到几千个fb的量级。我们的计算至少能给出一个理论上的下限值。我们倾向于方案(2)和(4),但是它们的具体可行性尚有待检验。总体来讲,我们的尝试对于实验探测具有一定的参考价值。我们的计算对于其他双Higgs二重态模型的参数确定也具有一定的参考价值。
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