強(qiáng)子碰撞產(chǎn)生超對(duì)稱Higgs粒子過(guò)程的QCD修正的研究.pdf

1、粒子物理中的標(biāo)準(zhǔn)模型(SM)已經(jīng)被證明是非常成功的理論模型。標(biāo)準(zhǔn)模型的粒子譜中除了提供粒子質(zhì)量的Higgs玻色子外都已經(jīng)被高能加速器實(shí)驗(yàn)所找到。由于中性標(biāo)量Higgs玻色子是電弱對(duì)稱自發(fā)破缺機(jī)制(Higgs機(jī)制)所必須的，尋找Higgs粒子和探究電弱對(duì)稱破缺機(jī)制是未來(lái)高能對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)的重要目標(biāo)之一。美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Tevatron和將于2008年投入運(yùn)行的西歐核子中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)是尋找Higgs粒子的良好實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。Tevatr

2、on和LHC都是強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，LHC的對(duì)撞能量為14TeV，年積分亮度為100fb-1/y，性能參數(shù)比Tevatron有很大提高。 雖然標(biāo)準(zhǔn)模型已經(jīng)取得巨大的成功，但其所遇到的困難使得人們?cè)絹?lái)越相信，它是一個(gè)更基本的理論的低能(～100GeV)有效近似。最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型(MSSM)是標(biāo)準(zhǔn)模型的眾多擴(kuò)展模型中最有吸引力的一個(gè)。最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言存在五個(gè)物理的Higgs粒子：兩個(gè)CP宇稱為偶的中性Higgs粒子H0，h0，一個(gè)C

3、P宇稱為奇的中性Higgs粒子A0，及一對(duì)帶電的Higgs粒子H±。最近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，MSSM中最輕的中性Higgs粒子h0的質(zhì)量不超過(guò)150GeV.如果最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型正確，h0將必然能夠在LHC上探測(cè)到，而且在MSSM的很大參數(shù)空間上，LHC將能夠探測(cè)到兩個(gè)以上的最小超對(duì)稱Higgs粒子。 由于強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上Higgs粒子產(chǎn)生過(guò)程的初態(tài)是參與強(qiáng)相互作用的夸克或膠子，因此反應(yīng)截面的微擾論領(lǐng)頭階(LeadingOrder)結(jié)果

4、包含很大的理論上的不確定度。而精確的實(shí)驗(yàn)測(cè)量要求理論計(jì)算給出盡可能精確的預(yù)言。在包括微擾論次領(lǐng)頭階(NexttoLeadingOrder)修正后，理論預(yù)言的不確定性會(huì)大大降低。因此計(jì)算強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上Higgs粒子產(chǎn)生過(guò)程的次領(lǐng)頭階量子色動(dòng)力學(xué)(NLOQCD)修正就變得非常重要，而且NLOQCD修正的計(jì)算是一件復(fù)雜而富有挑戰(zhàn)性的工作。在討論超對(duì)稱模型時(shí)，除了要考慮類標(biāo)準(zhǔn)模型(SM-like)的QCD修正外，還需要考慮超對(duì)稱QCD(SUSYQ

5、CD)的貢獻(xiàn)。本論文中將給出最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型下，強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上幾個(gè)通過(guò)Yukawa耦合產(chǎn)生Higgs粒子過(guò)程的NLOQCD修正的計(jì)算結(jié)果。 在強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上，Higgs粒子與重夸克的伴隨產(chǎn)生是非常重要的產(chǎn)生道。我們不僅能夠通過(guò)這個(gè)反應(yīng)模式尋找Higgs粒子，而且能夠直接的研究Higgs粒子與夸克的耦合(Yukawa耦合)性質(zhì)。在最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型下，當(dāng)真空期望值比率tanβ較大時(shí)，Higgs與底夸克的Yukawa耦合將比標(biāo)準(zhǔn)模型中

6、相應(yīng)的耦合大大加強(qiáng)，因此Higgs與底夸克的聯(lián)合產(chǎn)生有著更加重要的意義。而且，由于LHC的探測(cè)器能夠以較高的效率鑒別底夸克，因此Higgs粒子伴隨產(chǎn)生一個(gè)高橫動(dòng)量的底夸克能大幅壓低Higgs產(chǎn)生過(guò)程的本底并提高信噪比。本文中討論了MSSM中，強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)上中性Higgs粒子與一個(gè)高橫動(dòng)量底夸克的伴隨產(chǎn)生過(guò)程，帶電Higgs粒子與一個(gè)高橫動(dòng)量底夸克和一個(gè)頂夸克的伴隨產(chǎn)生過(guò)程，以及最輕的中性Higgs粒子與頂夸克對(duì)的伴隨產(chǎn)生過(guò)程，并計(jì)算了這些

7、過(guò)程的NLOQCD修正效應(yīng)。 本論文的創(chuàng)新之處在于以下幾個(gè)方面： ·與傳統(tǒng)的利用膠子質(zhì)量正規(guī)化消除紅外發(fā)散不同，本論文在計(jì)算兩體和三體末態(tài)NLOQCD修正時(shí)統(tǒng)一采用維數(shù)正規(guī)化方案來(lái)正規(guī)化紫外發(fā)散和紅外發(fā)散。并且系統(tǒng)解決了四點(diǎn)以上(包括四點(diǎn))圈積分函數(shù)的紅外發(fā)散分離，將其紅外發(fā)散部分表示成相應(yīng)的三點(diǎn)函數(shù)之和。這樣人們可以很容易地在解析結(jié)果中明確檢驗(yàn)紅外發(fā)散的消除，從而得到有限的結(jié)果。 ·本論文在計(jì)算多體(三體和四體

8、)末態(tài)過(guò)程的實(shí)膠子輻射修正時(shí)，采用兩截?cái)嘞嗫臻g分割的方法。這種方法是目前國(guó)際上進(jìn)行NLOQCD計(jì)算時(shí)唯一可以計(jì)算微分截面的方法，同時(shí)也是精確度最高的計(jì)算方法之一。 ·本文首次計(jì)算了最小超對(duì)稱模型下，最輕的中性Higgs粒子與頂夸克對(duì)的伴隨產(chǎn)生過(guò)程，并計(jì)算了這個(gè)過(guò)程的NLOQCD修正。得到了目前這個(gè)反應(yīng)過(guò)程的最精確的理論預(yù)言，對(duì)Tevatron和未來(lái)LHC實(shí)驗(yàn)尋找Higgs粒子及研究Higgs粒子的Yukawa耦合性質(zhì)具有理論上的