强子碰撞产生超对称Higgs粒子过程的QCD修正的研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:josenhu
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粒子物理中的标准模型(SM)已经被证明是非常成功的理论模型。标准模型的粒子谱中除了提供粒子质量的Higgs玻色子外都已经被高能加速器实验所找到。由于中性标量Higgs玻色子是电弱对称自发破缺机制(Higgs机制)所必须的,寻找Higgs粒子和探究电弱对称破缺机制是未来高能对撞机实验的重要目标之一。美国费米实验室的Tevatron和将于2008年投入运行的西欧核子中心大型强子对撞机(LHC)是寻找Higgs粒子的良好实验平台。Tevatron和LHC都是强子对撞机,LHC的对撞能量为14TeV,年积分亮度为100fb-1/y,性能参数比Tevatron有很大提高。 虽然标准模型已经取得巨大的成功,但其所遇到的困难使得人们越来越相信,它是一个更基本的理论的低能(~100GeV)有效近似。最小超对称标准模型(MSSM)是标准模型的众多扩展模型中最有吸引力的一个。最小超对称标准模型预言存在五个物理的Higgs粒子:两个CP宇称为偶的中性Higgs粒子H0,h0,一个CP宇称为奇的中性Higgs粒子A0,及一对带电的Higgs粒子H±。最近几年的研究发现,MSSM中最轻的中性Higgs粒子h0的质量不超过150GeV.如果最小超对称标准模型正确,h0将必然能够在LHC上探测到,而且在MSSM的很大参数空间上,LHC将能够探测到两个以上的最小超对称Higgs粒子。 由于强子对撞机上Higgs粒子产生过程的初态是参与强相互作用的夸克或胶子,因此反应截面的微扰论领头阶(LeadingOrder)结果包含很大的理论上的不确定度。而精确的实验测量要求理论计算给出尽可能精确的预言。在包括微扰论次领头阶(NexttoLeadingOrder)修正后,理论预言的不确定性会大大降低。因此计算强子对撞机上Higgs粒子产生过程的次领头阶量子色动力学(NLOQCD)修正就变得非常重要,而且NLOQCD修正的计算是一件复杂而富有挑战性的工作。在讨论超对称模型时,除了要考虑类标准模型(SM-like)的QCD修正外,还需要考虑超对称QCD(SUSYQCD)的贡献。本论文中将给出最小超对称标准模型下,强子对撞机上几个通过Yukawa耦合产生Higgs粒子过程的NLOQCD修正的计算结果。 在强子对撞机上,Higgs粒子与重夸克的伴随产生是非常重要的产生道。我们不仅能够通过这个反应模式寻找Higgs粒子,而且能够直接的研究Higgs粒子与夸克的耦合(Yukawa耦合)性质。在最小超对称标准模型下,当真空期望值比率tanβ较大时,Higgs与底夸克的Yukawa耦合将比标准模型中相应的耦合大大加强,因此Higgs与底夸克的联合产生有着更加重要的意义。而且,由于LHC的探测器能够以较高的效率鉴别底夸克,因此Higgs粒子伴随产生一个高横动量的底夸克能大幅压低Higgs产生过程的本底并提高信噪比。本文中讨论了MSSM中,强子对撞机上中性Higgs粒子与一个高横动量底夸克的伴随产生过程,带电Higgs粒子与一个高横动量底夸克和一个顶夸克的伴随产生过程,以及最轻的中性Higgs粒子与顶夸克对的伴随产生过程,并计算了这些过程的NLOQCD修正效应。 本论文的创新之处在于以下几个方面: ·与传统的利用胶子质量正规化消除红外发散不同,本论文在计算两体和三体末态NLOQCD修正时统一采用维数正规化方案来正规化紫外发散和红外发散。并且系统解决了四点以上(包括四点)圈积分函数的红外发散分离,将其红外发散部分表示成相应的三点函数之和。这样人们可以很容易地在解析结果中明确检验红外发散的消除,从而得到有限的结果。 ·本论文在计算多体(三体和四体)末态过程的实胶子辐射修正时,采用两截断相空间分割的方法。这种方法是目前国际上进行NLOQCD计算时唯一可以计算微分截面的方法,同时也是精确度最高的计算方法之一。 ·本文首次计算了最小超对称模型下,最轻的中性Higgs粒子与顶夸克对的伴随产生过程,并计算了这个过程的NLOQCD修正。得到了目前这个反应过程的最精确的理论预言,对Tevatron和未来LHC实验寻找Higgs粒子及研究Higgs粒子的Yukawa耦合性质具有理论上的指导意义。 ·本文首次计算了最小超对称模型下,带电Higgs粒子与一个高横动量底夸克和一个顶夸克的伴随产生过程的NLOQCD辐射修正。我们给出了目前这个反应过程的最精确的理论预言,对Tevatron和未来LHC实验寻找H±和标准模型以外的新物理有着指导意义。
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