【摘 要】
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重夸克偶素的产生和衰变过程涉及了微扰和非微扰过程,是研究微扰和非微扰量子色动力学的理想对象,一直是粒子物理学家们关注的热点问题之一。自1974年实验上发现第一个重夸克偶素以来,实验物理学家们相继发现了众多的重夸克偶素,为了预言和解释有关重夸克偶素的产生和衰变过程,理论物理学家们做出了很多的努力,提出了诸如CEM,CSM以及NRQCD等理论,其中NRQCD因子化理论由于其在理论上存在的优势以及其具有
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重夸克偶素的产生和衰变过程涉及了微扰和非微扰过程,是研究微扰和非微扰量子色动力学的理想对象,一直是粒子物理学家们关注的热点问题之一。自1974年实验上发现第一个重夸克偶素以来,实验物理学家们相继发现了众多的重夸克偶素,为了预言和解释有关重夸克偶素的产生和衰变过程,理论物理学家们做出了很多的努力,提出了诸如CEM,CSM以及NRQCD等理论,其中NRQCD因子化理论由于其在理论上存在的优势以及其具有强大的预测和解释能力而被人们广泛地接受了。但NRQCD因子化理论也面临着很多的挑战,例如截至目前为止,还没有关于因子化理论的完整证明以及LDMEs的普适性问题等;在解释有关重夸克偶素的相关实验方面,对于重粲夸克偶素χcJ极化问题,以及粲夸克偶素伴随W±玻色子在LHC上的产生问题等都没有给出令人十分满意的解释。为了进一步研究重夸克偶素的产生机制,我们应该研究更多有关重夸克偶素在更优秀的对撞机上的产生过程。考虑到实验上对于标准模型粒子特别是重粒子的辨别能力比较成熟,并且重夸克偶素的衰变道也相对比较干净,因此重夸克偶素伴随标准模型粒子的产生有被实验发现的潜力。对于重夸克偶素伴随标准模型粒子产生过程的研究,不仅有助于我们进一步研究重夸克偶素的产生机制以及强相互作用,也有助于我们进一步检验标准模型。基于以上原因,我们在本论文中研究了三个有关重粲夸克偶素伴随标准模型粒子的产生过程,分别为:（1）.研究了J/Ψ伴随top夸克对在LHC上的prompt产生;（2）.重新对J/Ψ伴随Higgs玻色子在LHC上的prompt产生过程进行研究;（3）.对Higgs玻色子衰变到J/Ψ伴随bottom夸克对的衰变过程进行单圈QCD修正的研究。本论文的创新点有:我们基于NRQCD因子化理论首次研究了J/Ψ伴随top夸克对在13 TeVLHC上的LO prompt产生过程。我们不仅考虑了来自J/Ψ伴随top夸克对的直接产生的贡献,还考虑了来自J/Ψ的激发态Ψ（2S）和χcJ衰变的间接产生的贡献。我们给出了该过程总的和微分产生截面的数值结果,并发现Fock态~3S1（8）在该过程中占主要的贡献。我们进一步研究了J/Ψ伴随top夸克对在LHC上的信号,分别考虑了四轻子道 pp→（t→W+（l+v）b）（（?）→W-（l-（?））b）（J/Ψ→μ+μ-）和三轻子道 pp→（t→W+（qq’）b）（t→W-（lv）b）（J/Ψ→μ+μ-）的信号。根据数值结果,我们发现J/Ψ伴随top夸克对的产生过程可能在LHC上被发现,该过程的实验测量有利于我们检验重夸克偶素的产生机制以及有助于我们进一步理解强相互作用。我们对J/Ψ伴随Higgs玻色子在LHC上的prompt产生过程进行了重新的研究。该过程在2002年首次被Kniehl等人[Phys.Rev.D 66,114002（2002）]考虑了来自末态Higgs玻色子直接与charm夸克耦合的LO阶费曼图的贡献,并发现该过程的产生截面太小以致于在他们考虑的所有对撞机上均没有被发现的可能。在本工作中,我们不仅考虑了来自末态Higgs玻色子直接与charm夸克耦合的费曼图的贡献,还首次考虑了来自Higgs玻色子通过圈诱导直接与top夸克耦合的费曼图的贡献。我们发现后者的贡献比前者大了 3个量级还多,这意味着J/Ψ伴随Higgs玻色子在LHC上的prompt产生过程有可能被实验发现。如果该过程真的在未来被实验发现,将有助于我们进一步检验色八重态机制以及有助于我们研究Higgs玻色子与费米子的Yukawa耦合。我们首次研究了 NLO QCD修正对Higgs玻色子衰变到J/Ψ伴随bottom夸克对的产生过程的影响。从我们的数值结果可以看出,该过程在LO精度下主要来自于Fock态~3S1（8）的贡献,而NLO QCD修正使该衰变过程在LO精度下的衰变宽度显著的提高了 2倍。在NLO精度下,Fock态~3S1（8）和~3pJ（8）给出重要的贡献,分别占该过程在NLO精度下的总衰变宽度的68%和29%左右。考虑到末态J/Ψ和bottom夸克在实验上具有较高的探测效率以及在NLO精度下色八重态的显著贡献,inclusive衰变过程H→b+J/Ψ+（?）+X将有可能在未来的高能量或高亮度对撞机上被实验发现,这将不仅有助于我们进一步研究重夸克偶素的产生机制,也有助于我们进一步研究Higgs玻色子的性质。
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