高能对撞机上规范粒子耦合和Higgs粒子伴随产生的精确研究

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标准模型是建立在SU(3)C(?)SU(2)L(?)U(1)Y对称群基础上的规范理论,是迄今为止最为成功的理论模型。虽然标准模型的预言同目前的实验数据吻合得很好,但是它所预言的Higgs粒子至今尚未被实验观测到。标准模型还存在诸如等级差等许多问题,使人们有理由相信它是描述低能区的有效理论,标准模型以外一定存在新物理。因此,寻找标准模型的Higgs粒子和发现标准模型以外的新物理是当前粒子物理研究的主要任务,这个重任就落在正在运行的强子对撞机(LHC和Tevtron)和拟议中的国际直线对撞机(ILC)上强子对撞机和国际直线对撞机工作在不同的对撞环境下,它们既有分工又可以相互补充。强子对撞机(LHC)由于对撞能量高,束流亮度大,对寻找Higgs粒子和发现新物理现象起着非常重要的作用。与强子对撞机相比,ILC的背景干净,测量精度高,可以精确地检验强子对撞机发现的新物理现象。因此,ILC和强子对撞机将相互确认发现的新物理现象,共同促进粒子物理的发展。研究规范玻色子的耦合是发现新物理的一个重要途径,如果标准模型的理论预言和实验数据不符合,那么就有可能发现新物理。要想研究规范玻色子的四线耦合,末态最少需要三个规范玻色子的产生。本论文在标准模型的框架下研究了ILC上三个规范玻色子Z0产生过程的完整的单圈阶电弱(EW)修正,并给出领头阶(LO)和次领头阶(NLO)电弱修正的截面。计算结果表明,单圈电弱修正明显压低了树图阶的截面。粒子物理学家通过jet重建、b夸克标记、轻子鉴别等手段使规范粒子(W±,Z0)伴随Higgs的产生过程成为强子对撞机上寻找Higgs粒子理想的产生道,有必要对其精确研究。由于微扰计算中最低阶反应截面的结果包含很大的理论不确定性,为了降低理论的不确定性,考虑该过程NLO和次次领头阶(NNLO)QCD修正是非常必要的。从理论上来讲,VH0+jet(V=W±,Z0)产生过程的NLO QCD修正是VH0产生过程的NNLO QCD修正的重要部分。因此,本论文分别计算了pp/pp→W±H0+jet和pp→Z0H0+jet过程的NLOQCD修正,并给出相应的QCD修正截面和动力学观测量的分布。计算结果表明,NLO QCD修正明显压低了能标带来的理论不确定性本篇论文的创新之处如下:·本文首次计算了标准模型下,ILC上三个规范玻色子Z0产生过程完整的单圈电弱修正,并给出了精确的理论预言。这对检验规范粒子的耦合特性和发现标准模型以外的新物理现象提供了精确的理论依据。在此之后法国的理论物理学家(Fawzi Boudj ema,Le Duc Ninh等人)完全独立地计算了该过程,并肯定了我们计算结果的正确性·因子化和重整化引入的能标带来的不确定性是理论不确定性的主要来源之一。为了降低理论的不确定性,对于强子对撞机上的一些重要过程我们有必要考虑其NNLO QCD修正。计算强子对撞机上VH0+jet产生过程的NLO QCD修正是研究VH0产生过程的NNLO QCD修正主要部分的一个重要渠道。本文首次在标准模型的框架下分别计算了强子对撞机上pp/pp→W±Ho+jet过程和LHC上pp→Z0H0+jet过程的NLOQCD修正,分析了不同jet事例筛选方案对这些过程的NLO QCD修正截面的影响,给出了目前最精确的理论预言。pp/pp→W±H0+jet/pp→Z0H0+jet过程的NLO QCD修正是pp/pp→W±H0/pp→Z0H0过程的NNLO QCD修正的重要部分。计算结果表明,NLO QCD修正明显压低了能标带来的理论不确定性,为寻找标准模型的Higgs粒子和研究Higgs粒子与规范玻色子V的耦合提供了精确的理论依据。
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