強子碰撞產(chǎn)生超對稱Higgs粒子過程的QCD修正的研究.pdf

1、粒子物理中的標準模型(SM)已經(jīng)被證明是非常成功的理論模型。標準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)被高能加速器實驗所找到。由于中性標量Higgs玻色子是電弱對稱自發(fā)破缺機制(Higgs機制)所必須的，尋找Higgs粒子和探究電弱對稱破缺機制是未來高能對撞機實驗的重要目標之一。美國費米實驗室的Tevatron和將于2008年投入運行的西歐核子中心大型強子對撞機(LHC)是尋找Higgs粒子的良好實驗平臺。Tevatr

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

3、P宇稱為奇的中性Higgs粒子A0，及一對帶電的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150GeV.如果最小超對稱標準模型正確，h0將必然能夠在LHC上探測到，而且在MSSM的很大參數(shù)空間上，LHC將能夠探測到兩個以上的最小超對稱Higgs粒子。 由于強子對撞機上Higgs粒子產(chǎn)生過程的初態(tài)是參與強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。而精確的實驗測量要求理論計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)言的不確定性會大大降低。因此計算強子對撞機上Higgs粒子產(chǎn)生過程的次領(lǐng)頭階量子色動力學(xué)(NLOQCD)修正就變得非常重要，而且NLOQCD修正的計算是一件復(fù)雜而富有挑戰(zhàn)性的工作。在討論超對稱模型時，除了要考慮類標準模型(SM-like)的QCD修正外，還需要考慮超對稱QCD(SUSYQ

5、CD)的貢獻。本論文中將給出最小超對稱標準模型下，強子對撞機上幾個通過Yukawa耦合產(chǎn)生Higgs粒子過程的NLOQCD修正的計算結(jié)果。 在強子對撞機上，Higgs粒子與重夸克的伴隨產(chǎn)生是非常重要的產(chǎn)生道。我們不僅能夠通過這個反應(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)。在最小超對稱標準模型下，當真空期望值比率tanβ較大時，Higgs與底夸克的Yukawa耦合將比標準模型中

6、相應(yīng)的耦合大大加強，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)生一個高橫動量的底夸克能大幅壓低Higgs產(chǎn)生過程的本底并提高信噪比。本文中討論了MSSM中，強子對撞機上中性Higgs粒子與一個高橫動量底夸克的伴隨產(chǎn)生過程，帶電Higgs粒子與一個高橫動量底夸克和一個頂夸克的伴隨產(chǎn)生過程，以及最輕的中性Higgs粒子與頂夸克對的伴隨產(chǎn)生過程，并計算了這些

7、過程的NLOQCD修正效應(yīng)。 本論文的創(chuàng)新之處在于以下幾個方面： ·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，本論文在計算兩體和三體末態(tài)NLOQCD修正時統(tǒng)一采用維數(shù)正規(guī)化方案來正規(guī)化紫外發(fā)散和紅外發(fā)散。并且系統(tǒng)解決了四點以上(包括四點)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)果中明確檢驗紅外發(fā)散的消除，從而得到有限的結(jié)果。 ·本論文在計算多體(三體和四體

8、)末態(tài)過程的實膠子輻射修正時，采用兩截斷相空間分割的方法。這種方法是目前國際上進行NLOQCD計算時唯一可以計算微分截面的方法，同時也是精確度最高的計算方法之一。 ·本文首次計算了最小超對稱模型下，最輕的中性Higgs粒子與頂夸克對的伴隨產(chǎn)生過程，并計算了這個過程的NLOQCD修正。得到了目前這個反應(yīng)過程的最精確的理論預(yù)言，對Tevatron和未來LHC實驗尋找Higgs粒子及研究Higgs粒子的Yukawa耦合性質(zhì)具有理論上的