高能對撞機(jī)上重味強(qiáng)子的產(chǎn)生性質(zhì).pdf

1、物質(zhì)基本組成粒子—夸克之間的相互作用可由量子色動力學(xué)(QCD)理論來描述。在高能物理中,重味強(qiáng)子產(chǎn)生和衰變性質(zhì)的研究是人們認(rèn)識強(qiáng)相互作用的重要窗口,同時也是研究微擾QCD和非微擾QCD理論的一個重要平臺。無論是理論物理學(xué)家還是實驗物理學(xué)家都對其傾注了極大的熱情,這使重味強(qiáng)子的研究成為當(dāng)前高能物理領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。本文利用微擾量子色動力學(xué)理論(PQCD)研究兩種不同類型的重味強(qiáng)子Bs介子和Ξbc重子的強(qiáng)產(chǎn)生性質(zhì)。
　　 本文系統(tǒng)

2、研究了B(*)s介子在固定味道數(shù)方案(FFNS)和考慮質(zhì)量效應(yīng)的變味道數(shù)方案(GM-VFNS)下的強(qiáng)產(chǎn)生性質(zhì)。在強(qiáng)子對撞環(huán)境下,FFNS認(rèn)為在強(qiáng)子內(nèi)部的部分子分布中輕部分子(膠子和輕夸克)的分布是占主要的,對應(yīng)的強(qiáng)產(chǎn)生硬子過程只需考慮膠子-膠子熔合過程和輕的夸克-反夸克湮滅過程等;而GM-VFNS則認(rèn)為在強(qiáng)子內(nèi)部除了輕部分子以外,還需考慮重夸克成分的貢獻(xiàn)。不管是在那種方案下,對B(*)s介子強(qiáng)產(chǎn)生貢獻(xiàn)最大者是膠子-膠子熔合機(jī)制。我們首先

3、在FFNS下完成了膠子-膠子熔合機(jī)制子過程g+g→B(*)s+6+-s的處理(α4s階),并給出B(*)s介子在強(qiáng)子對撞機(jī)TEVATRON和LHC上強(qiáng)產(chǎn)生截面。然后進(jìn)一步考慮了GM-VFNS下,B(*)s介子在膠子-膠子熔合機(jī)制和重夸克(主要是外稟b夸克)機(jī)制下的產(chǎn)生情況,適當(dāng)處理兩種機(jī)制所存在的雙重計算問題。結(jié)果表明,B(*)s介子在強(qiáng)子對撞機(jī)TEVATRON和LHC上都有可觀的產(chǎn)生截面。另外,我們還比較了兩種方案下,B(*)s介子的

4、產(chǎn)生性質(zhì)。結(jié)果表明,雖然在小橫動量區(qū)域,兩者區(qū)別較大,但在大橫動量pT的區(qū)域,兩種方案的預(yù)言基本一致。
　　 同時,我們定量研究了強(qiáng)子對撞機(jī)TEVATRON和LHC上B(*)s介子強(qiáng)產(chǎn)生過程中所涉及到的不確定性。理論估算不確定性的主要來源包括B(*)s介子束縛態(tài)參量,如衰變常數(shù)fB,組成夸克質(zhì)量以及Bs介子質(zhì)量ms、mb和MB1;部分子分布函數(shù);跑動耦合常數(shù)αs;因子化標(biāo)度Q2等。計算結(jié)果表明:s夸克質(zhì)量對截面的影響較大,ms每

5、增加0.1GeV,相應(yīng)的B(*)s介子產(chǎn)生截面減少80％-100％;而b夸克質(zhì)量的影響相對較小,mb每增加0.1GeV,相應(yīng)的B(*)s介子產(chǎn)生截面改變10％左右。部分子分布函數(shù)和因子化標(biāo)度引起的變化為1/5到1/3的范圍。為給實驗?zāi)MB(*)s介子強(qiáng)產(chǎn)生提供有效參考,我們還給出了各種實際截斷條件下強(qiáng)子對撞機(jī)TEVATRON和LHC上B(*)s介子強(qiáng)產(chǎn)生微分截面分布,并討論了各種運(yùn)動學(xué)截斷對強(qiáng)產(chǎn)生總截面的影響。
　　 另一方面,

6、考慮到重子在大型強(qiáng)子對撞機(jī)LMC上的產(chǎn)生和觀測前景,本文系統(tǒng)研究了Ξbc重子強(qiáng)產(chǎn)生性質(zhì),并給出了在大型強(qiáng)子對撞機(jī)LHC質(zhì)心能量分別為1/2S=7 TeV和1/2(S)=14 TeV時,Ξbc重子強(qiáng)產(chǎn)生總截面數(shù)值以及各種微分截面分布。計算結(jié)果表明,在LHC質(zhì)心能量為1/2(S)=7 TeV,Ξbc重子橫動量截斷和快度截斷分別為PT＞4.0 GeV和|y|＜1.5的條件下,LHC上每年約產(chǎn)生1.7×107個Ξbc重子事例;而當(dāng)質(zhì)心能量進(jìn)一步

7、提升到1/2(S)=14TeV,同時亮度也提高的情況下,在相同的截斷條件下,每年約會產(chǎn)生3.5×109個Ξbc重子事例。我們還給出了LHC上三個主要的探測器CMS、ATLAS和LHCb在各自的實驗環(huán)境下,Ξbs重子的四個diqark態(tài)(6c)-3[1S0]、(bc)6[1S0]、(6c)6[3S1]、(6c)-3[3S1]和總的強(qiáng)產(chǎn)生截面以及各自的微分截面分布,并討論了Ξbc重子強(qiáng)產(chǎn)生過程中,各種因素帶來的理論計算不確定性。
　　

8、 以此為基礎(chǔ),我們對三種雙重味重子Ξcc、Ξbc和Ebb在LHC上不同質(zhì)心能量下的強(qiáng)產(chǎn)生總截面及微分分布做了簡單比較。結(jié)果表明在橫動量截斷和快度截斷分別為PT＞4.0 GeV和|y|＜1.5的的情況下,三種重子的總截面大小關(guān)系是σΞcc＞σΞbc＞＞σΞbb,但Ξcc、Ξbc重子的強(qiáng)產(chǎn)生總截面基本在同一個量級上,甚至在橫向動量截斷PT≥9.0GeV的區(qū)域,Ξbc重子的微分截面分布還大于Ξcc重子的微分截面分布。根據(jù)這些結(jié)果,可以預(yù)計雙