动量空间减除方案下希格斯粒子强衰变宽度的高阶微扰QCD效应研究

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随着欧洲大型强子对撞机(Large Hadron Collider)的运行,高能物理实验的数据越来越精确,这迫切需要我们从理论上进一步提高理论预言的精度。当前人们已发现很多高能物理过程的标准模型预言和实验数据有较大的差别,我们需要确认这种差别是标准模型自身的理论误差,还是因为潜在的超出标准模型的新物理造成的。本文采用国际上近年来提出的最大共形原理(the principle of maximum conformality,PMC)对含Higgs粒子的高能物理过程中的高阶微扰效应进行了详细分析。总体上,我们发现基于PMC方法可消除传统的重整化能标及重整化方案的不确定性,同时也可消除原微扰序列中具有发散性质的重整化子(renormalon)项,从而改善微扰量子色动力学(pQCD)的收敛性,提高微扰论的理论预言精度。利用国际上最新完成的希格斯粒子衰变到双胶子(Γ(H→gg))过程的αs6阶QCD修正,我们采用PMC多能标方法对该衰变宽度的微扰收敛性进行了详细讨论。PMC多能标方法的基本思想是基于重整化群方程,利用微扰序列中的β项逐阶确定强耦合常数的准确值。采用该方法后,微扰序列中的各阶展开系数转变为与重整化方案无关的共形序列,从而解决了传统方案下重整化方案的依赖性问题;由于确定出的有效强耦合常数值与重整化能标的选择无关,该方法可同时获得与重整化能标选择无关的理论预言。本文的数值计算结果肯定了 PMC方法的上述性质。同时,我们也发现尽管PMC方法可消除传统微扰论预言的重整化能标不确定性,但未知高阶项仍然会导致PMC预言存在残留能标依赖性。为了降低残留能标依赖性,我们采用国际上最近提出的PMC单能标方法重新分析了希格斯粒子衰变到双胶子过程的衰变宽度;同时,结合PMC单能标方法对pQCD 预言在动量空间减除方案(momentum-space subtraction scheme,MOM)下的规范依赖性问题进行了系统分析。PMC单能标方法与多能标方法相同之处在于都是基于重整化群方程来确定高能物理过程的强耦合常数值,不同之处在于PMC单能标方法只需要确定出该过程的一个整体的有效强耦合常数。因此,PMC单能标设定方法在处理步骤上可大大减化,确定出的有效PMC能标也具有统一的高精度,从而在消除重整化能标不确定性的同时,也大大的降低了由于未知高阶项所导致的残留能标依赖性。MOM方案是人们在微扰QCD理论计算中常常采用的重整化方案之一,与维数正规化的重整化方案相比有自身的优势,特别是对于希格斯粒子衰变到双胶子过程采用MOM方案可以避免MS方案下处理时遇到的非共形项区分问题。众所周知,维数重整化方案下的理论预言不存在规范参数的依赖性问题,但MOM方案下的预言具有明显的规范参数依赖性。利用希格斯粒子衰变到双胶子过程,我们对MOM方案下,微扰QCD预言中的规范参数依赖性进行了详细分析。为此,我们选取了五种不对称型MOM方案(即:mMOM,MOMh,MOMq,MOMg和MOMgg方案)以及三种完全对称型MOM方案(即:MOMggg,MOMh,MOMq方案)为参考方案来进行讨论。研究结果表明希格斯粒子衰变到双胶子的衰变宽度微弱的依赖于不同的MOM方案,这与重整化群不变性的本质是自洽的;同时,还发现MOMgg方案的规范依赖性是最小的。规范依赖性的问题与重整化能标不确定性问题原则上互不相关,消除重整化能标不确定性之后,我们仍然不能消除传统能标设定方法下所存在的规范依赖性,但我们可更好的分析规范依赖性:例如,我们的数值结果表明,将规范参数取在(-1,1)的区间时,可以得到对规范参数依赖很小的理论预言。
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