高能對撞機上Higgs粒子伴隨產(chǎn)生的精確研究.pdf

1、一直以來，粒子物理學(xué)中的標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)言都能與高能物理實驗結(jié)果很好的吻合，因此標(biāo)準(zhǔn)模型是迄今為止最成功的理論模型之一。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，通過Higgs機制的引入實現(xiàn)了電弱對稱性自發(fā)破缺，并賦予了基本粒子質(zhì)量以及預(yù)言了標(biāo)準(zhǔn)模型希格斯(Higgs)粒子的存在。隨著2012年7月份歐洲核子中心的大型強子對撞機(LHC)上的ATLAS和CMS兩個實驗組同時宣布找到了一個質(zhì)量在126 GeV附近的新的中性玻色子，粒子物理又向前邁出了巨大的一步。這個新的

2、玻色子后來被證實是Higgs粒子。對于這個新發(fā)現(xiàn)的Higgs玻色子的粒子屬性更精確的測量還在進(jìn)行中。但是現(xiàn)有的數(shù)據(jù)均表明它很有可能就是標(biāo)準(zhǔn)模型的Higgs粒子。所以未來高能對撞機上一個重要的任務(wù)就是研究以及測量這個粒子的自然屬性，并最終確定它是否真是標(biāo)準(zhǔn)模型的Higgs玻色子。
　　強子對撞機上復(fù)雜且強大的強子背景使其在對粒子屬性的精確測量有一定的局限性。因此人們將對Higgs粒子屬性更高精度測量的希望寄托在正在籌建的國際直線對撞

3、機(ILC)上。ILC采用正負(fù)電子對撞模式，具有干凈的背景以及較高的測量精度。在Higgs粒子的自然屬性中，對其衰變寬度以及可能衰變道的衰變分支比的確定是極其重要的。H→γγ的衰變寬度對于模型具有極強的依賴性，任何理論和實驗結(jié)果的偏差都有可能預(yù)示著標(biāo)準(zhǔn)模型以外新物理的存在。在本論文的第三章中，我們對在ILC上e+e-→Zγγ產(chǎn)生過程進(jìn)行了深入的研究。該過程是測量H→γγ衰變寬度時最嚴(yán)重且不可約的背景過程之一，同時它還可以用來研究規(guī)范玻色

4、子的耦合。在標(biāo)準(zhǔn)模型框架下，我們提供了ILC上雙光子伴隨Z玻色子產(chǎn)生過程完整的單圈階電弱(EW)修正，并給出了領(lǐng)頭階(LO)和次領(lǐng)頭階(NLO)電弱修正的總散射截面和末態(tài)產(chǎn)物的運動學(xué)分布。我們通過計算發(fā)現(xiàn)NLO EW的相對修正對相空間具有很強的依賴。通過對信號過程e+e-→ZH→Zγγ以及背景過程e+e-→Zγγ的末態(tài)產(chǎn)物重要的運動學(xué)分布的研究和比較，我們發(fā)現(xiàn)如果對末態(tài)產(chǎn)物選取適當(dāng)?shù)南嗫臻g截斷，那么背景過程的事例就能被明顯地減少。

5、>　　Higgs粒子與頂夸克的Yukawa耦合可以清晰地顯示出電弱對稱性自發(fā)破缺中可能的相互作用機制，一直以來都得到了實驗物理學(xué)家和理論物理學(xué)家極大的關(guān)注。高能強子對撞機上Higgs玻色子伴隨頂夸克對產(chǎn)生過程領(lǐng)頭階的截面直接正比于頂夸克的Yukawa耦合常數(shù)的平方，這就為頂夸克Yukawa耦合的直接測量和研究提供了獨一無二的途徑。在本論文的第四章，我們報告了在標(biāo)準(zhǔn)模型中對于pp→Ht(t)并伴隨頂夸克衰變的NLO QCD以及NLOEW修

6、正的計算。我們給出了在對撞能量為14 TeV的LHC甚至未來對撞能量分別為33和100 TeV的質(zhì)子-質(zhì)子對撞機上總的散射截面。我們給出了pp→Ht(t)→HW+bW-(b)+X→Hl+l-b(b)v(v)+X過程的末態(tài)產(chǎn)物的一些運動學(xué)分布。我們發(fā)現(xiàn)在一些運動學(xué)區(qū)域中，NLO EW的相對修正與NLO QCD在數(shù)值上是差不多的。
　　本論文的創(chuàng)新之處主要有以下幾點:
　　我們首次對ILC上雙光子伴隨Z玻色子產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)模型過程進(jìn)

7、行了完整的單圈電弱修正的計算，給出了該過程目前最精確的理論預(yù)言。這對測量H→γγ衰變道的寬度以及檢驗規(guī)范粒子的耦合特性提供了精確的理論依據(jù)。
　　在對e+e-→Zγγ和pp→Ht(t)過程的精確研究中，圈積分會出現(xiàn)嚴(yán)重的數(shù)值不穩(wěn)定的問題。我們必須采用四精度的計算程序，但是會耗費非常多的計算時間。為了處理數(shù)值不穩(wěn)定的問題的同時又要提高數(shù)值計算的效率，我們在程序上采用了雙精度和四精度聯(lián)合應(yīng)用的方法。
　　我們首次完成了列在Les

8、 Houches愿望單上關(guān)于對高能強子對撞機上Higgs粒子伴隨頂夸克對產(chǎn)生過程進(jìn)行深入研究的目標(biāo)，即給出強子對撞機上pp→Ht(t)→HW+bW-(b)+X→Hl+l-b(b)v(v)+X過程一直到NLOQCD和NLO EW的計算結(jié)果。這也是該過程目前最精確的理論預(yù)言。我們的研究為頂夸克的Yukawa耦合的測量提供了精確的理論依據(jù)。
　　我們解決了在對pp→Ht(t)過程的NLO EW修正的計算中復(fù)雜的紅外發(fā)散消除問題，即會同時