基于統(tǒng)計的數(shù)據(jù)處理與理論之間的橋梁.pdf

1、物理學(xué)歸根結(jié)蒂是一門實驗科學(xué)，是描述自然界最本質(zhì)規(guī)律的科學(xué)。然而實驗數(shù)據(jù)的堆砌不是我們對于自然規(guī)律的認識。從牛頓時代開始，物理學(xué)家通過運用了當(dāng)時最先進的數(shù)學(xué)工具對實驗現(xiàn)象歸納，整理和深化，提煉出具有普遍性的規(guī)律。今天我們?nèi)栽谧裱@一過程，根據(jù)觀測到的實驗現(xiàn)象“猜到”物理定律。由于它的規(guī)律性和普遍性，它可以解釋和預(yù)言其它物理現(xiàn)象。當(dāng)然這不是全部過程。這些整理出來的規(guī)律還必須進一步得到實驗的檢驗。當(dāng)運用到解釋自然現(xiàn)象時，如果理論預(yù)言和測量數(shù)

2、據(jù)一致，說明理論的合理性，反之則說明得到的理論或者不對，或者有局限性需要推廣和修正。這是一個不斷重復(fù)的復(fù)雜過程，在這個過程中最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)是建立實驗數(shù)據(jù)與理論間的橋梁。例如，第谷－開普勒－牛頓關(guān)于萬有引力的研究就是從純粹觀測數(shù)據(jù)到總結(jié)出規(guī)律，最后提煉出牛頓引力定律的漫長過程，其中任何一個環(huán)節(jié)都是必不可少的。然而在三個世紀之前，那時所涉及的物理不是很復(fù)雜，需要高度專業(yè)的知識也較少，這個中間環(huán)節(jié)也許還比較簡單。然而隨著科學(xué)的飛速發(fā)展，人類

3、積累的知識越來越多，分工越來越細，學(xué)科也越來越復(fù)雜，一個人很難兼顧理論與實驗，不論理論還是實驗都需要越來越專越來越多的專業(yè)知識。理論越來越艱深，需要的數(shù)學(xué)工具越來越多。相應(yīng)的，實驗技術(shù)的發(fā)展也越來越迅速，微觀物理隨機的本性又使得粒子物理的實驗都需要大統(tǒng)計量，數(shù)據(jù)分析技術(shù)也越來越專業(yè)，實驗儀器越來越復(fù)雜，越來越昂貴，甚至到了單個國家難以承受的程度。物理學(xué)的復(fù)雜化使得理論和實驗的分工越來越鮮明，已經(jīng)很少有人能真正兼顧理論和實驗。出現(xiàn)了理論物

4、理學(xué)家不理解實驗文章的關(guān)鍵和細節(jié)，不知道如何做做數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，誤差分析，背景檢驗和去除，這對判斷理論與實驗的符合程度是非常不利的。而且提出的模型往往沒有考慮實驗背景，也給實驗家設(shè)計實驗設(shè)置了困難。而實驗的物理學(xué)家又看不懂理論物理學(xué)家提出的含有艱深數(shù)學(xué)知識的物理圖像，不知道應(yīng)該測量什么樣的信號，不知道如何安排相應(yīng)的實驗來檢驗它。理論和實驗之間似乎存在了一道鴻溝。這個時候就需要有這樣一些人，他們既懂基本理論，又懂實驗數(shù)據(jù)的處理方法，并致力

5、于為理論物理學(xué)家和實驗物理學(xué)家之間架設(shè)一個通道：對實驗數(shù)據(jù)的分析的準確性和對理論模型的正確性、局限性做出判斷，并且確定理論模型參數(shù)，提出疑難問題；另一個方向是從理論模型的出發(fā)，對測量指標(biāo)的選定，包括背景的全面分析等等，讓實驗物理學(xué)家真正設(shè)計構(gòu)造一個完整的實驗。本論文的內(nèi)容就是從這兩個方向出發(fā)在理論和實驗之間建立一座基于統(tǒng)計的橋梁。
　　 在這個思想的指引下，我們在本論文中做了三個工作：1，系統(tǒng)地研究了在無粲稀有B衰變中湮滅圖的貢

6、獻，這在以前的所有相應(yīng)理論研究中都是認為很小而忽略不計的。通過研究B+→K+-K0和B0→K0-K0的分支比的實驗數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，湮滅圖的貢獻不能是零。并且，我們還發(fā)現(xiàn)，非零的湮滅圖在B+→π+K0，K+-K0的CP不對稱比率中起了很關(guān)鍵的作用。在這個工作中我們還對新物理貢獻提出了限制。2，第一次通過最小X2數(shù)據(jù)處理方法對躍遷ψ(ns)→ψ(m8)+ππ和γ(ns)→γ(ms)+ππ的QCD多極展開的勢模型方法的參數(shù)做了擬合，從實驗數(shù)據(jù)中

7、提取出了盡可能多的理論信息。通過研究，我們確定了關(guān)于b和c的hybrid態(tài)的勢模型參數(shù)，這在以前是通過假定某個態(tài)是hybrid來確定的。從而保證了理論計算的可靠性。同時我們對ηb的質(zhì)量做出預(yù)測。我們發(fā)現(xiàn)，夸克膠子混合態(tài)的基態(tài)在實驗中并沒有對應(yīng)的觀測態(tài)，這可能暗示我們夸克膠子混合態(tài)總是和正常的夸克反夸克對總是混合在一起。3，研究了在高能物理實驗中Bell不等式的檢驗。我們首先第一次利用蒙特卡洛隨機實驗?zāi)M方法模擬級聯(lián)衰變J/ψ→γη→∧-