希格斯玻色子及重夸克偶素在未来正负电子对撞机上的产生
发布时间：2020-09-25 18:54
粒子物理标准模型自从被提出以来取得了巨大的成功。其理论预言大多数已被实验所证实。2012年7月,欧洲核子研究中心(CERN)宣布发现了一个质量约为125 GeV的新玻色子。种种实验结果表明,这个新粒子就是物理学家几十年来一直苦苦寻找的希格斯玻色子。希格斯玻色子的发现补上了粒子物理标准模型的最后一块拼图,同时也揭开了粒子物理学研究的新篇章。精确测量希格斯玻色子的性质并进一步检验粒子物理标准模型的正确性对于寻找超出标准模型的新物理至关重要。近年来,关于建造大型正负电子对撞机来精确检验标准模型的方案被提上了日程。比如大量产生希格斯玻色子的“希格斯工厂”以及大量产生B介子的“超级B工厂”SuperKEKB等等。相比于强子对撞机,正负电子对撞机的实验背景更加干净,并且新一代对撞机的亮度也将得到极大的提升。这些都有利于实验对标准模型的更精确检验。同时,高精度的实验测量也对理论计算提出了新的挑战。本文主要围绕未来正负电子对撞机上几个重要的产生过程做了一些唯象学的计算和分析。本文第2章研究了希格斯与Z玻色子在未来正负电子对撞机上的伴随产生过程e+e-→HZ。在已有计算结果的基础上,我们计算了这个产生过程的双圈电弱-QCD联合修正。我们在文章中展示了这个双圈修正的技术细节,给出了在240 GeV和250 GeV的质心能下HZ伴随产生微分截面的角分布以及总散射截面的数值结果。此外,我们通过变化输入参数,对这些数值结果做了比较详细的误差分析。计算结果表明,双圈的电弱-QCD联合修正对e+e-→HZ过程的影响比较大。它对散射截面的修正能达到领头阶约1%的水平。由于未来正负电子对撞机可能会以更高的精度对这个过程进行测量,因此这些高阶修正必须被考虑进未来理论与实验的对比中。本文的理论计算给实验提供了非常重要的参考。本文第3章讨论了超级B工厂SuperKEKB上hc介子的单举产生。我们发现,hc介子在SuperKEKB上的单举产生过程主要是由色八重态机制主导的,并且它的次领头阶修正也比较大:K因子约为1.8。色八重态次领头阶修正给出的hc介子的能谱在其端点上存在发散,这意味着固定阶微扰展开在此处失效了。针对这些发散,我们利用软-共线有效理论把这些发散重求和到了 NLL阶。结合次领头阶微扰展开的结果,我们给出了超级B工厂上hc介子单举产生可靠的能谱分布。本文第4章计算了希格斯玻色子到重夸克偶素的稀有衰变。主要包括希格斯玻色子到矢量介子(J/φ、γ)和Z玻色子以及到两个赝标量介子(ηc、ηb)的衰变。我们的数值结果表明,这些稀有衰变的分支比都比较小。比如,希格斯玻色子到矢量介子和Z玻色子的衰变分支比约为10-5～10-6;而希格斯玻色子到两个赝标量介子衰变的分支比更小,约为10-11～10-10。这些微小的分支比使得当前甚至是未来探测这些稀有衰变都比较困难。未来正负电子对撞机将以很高的精度检验标准模型的预言,这或许有助于解决当前标准模型所面临的困境,甚至发现新物理的迹象。我们期待本文的理论计算能在不久的将来得到实验的检验。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O572.214
【部分图文】：
图１．１邋ＬＨＣ与ＨＬ－ＬＨＣ的升级计划
由于电子的质量很小，除非必要？，我们将忽略电子的微小质量。因此，在逡逑ＬＯ仅一个费曼图有贡献，而单圈电弱修正的费曼图个数将增长到一百多个。在逡逑图２．１的领头阶费曼图之后，我们列举了一些典型的电弱修正费曼图。逡逑ＬＯ逦ＱＥＤ邋ｃｏｒｒ．逡逑Ｗ逦Ｚ逦Ｗ逦Ｚ逡逑？逦－邋－邋－邋－邋－逦？逦－邋－邋？邋－邋？逦■邋＾ＷＷ＾Ｖ邋－邋－邋－邋－逦＞逡逑Ｗ邋卜邋＋逦逦逡逑＜逦Ｉｗｗｖ＇逦＜逦Ｉｓ／ＷＷ＇逦—＾￣ｋＡＡ＾ＶＶＶＷＶＡ＊逦—＾￣￣逡逑ｅｅＨ邋ｖｅｒｔｅｘ逦Ｂｏｘ逡逑２，’逦ｓｊ邋ｋ邋ｚ逡逑Ｊ＾ＡＡｒ＼逦＞Ｗ＃ＡＡ＼逡逑ｅｅＺ邋ｖｅｒｔｅｘ逦ｓｅｌｆ－ｅｎｅｒｇｙ逦ＶＺＨ邋ｖｅｒｔｅｘ逡逑图２．１邋ｅ＋ｅＴ邋４丑Ｚ过程的ＬＯ以及高阶修正的费曼ｍ。最后三个ｍ展示了邋ｅｅＺ顶角、逡逑ｆｔ能以及顶角。这些顶角或能ｍ可以按照微扰论逐级展开。逡逑本文中的所有费曼囹郎是用程序包Ｊａｘｏｄｒａｗ邋｜６０丨绘制。逡逑在正负电子的质心系，初态与末态粒子的动量以及极化状态的表示如下：逡逑ｅ＋他，邋－ａ）邋＋邋ｅ＿（Ａ：２，邋0０邋４邋丑（l枺澹冢ǎ校耄垮义显冢蹋希渖⑸湔穹义希停幔埃В劐澹藉澹澹玻纾欤蕖ǎ玻保埃╁义希樱鳎茫麇澹渝濉澹停义掀渲校藉澹な鞘终魍队八惴幢硎荆Ｉ拥募噶俊Ｋ娜旨义献刺铃澹藉澹昂停铃澹藉
本文编号：2826930
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O572.214
【部分图文】：
图１．１邋ＬＨＣ与ＨＬ－ＬＨＣ的升级计划
由于电子的质量很小，除非必要？，我们将忽略电子的微小质量。因此，在逡逑ＬＯ仅一个费曼图有贡献，而单圈电弱修正的费曼图个数将增长到一百多个。在逡逑图２．１的领头阶费曼图之后，我们列举了一些典型的电弱修正费曼图。逡逑ＬＯ逦ＱＥＤ邋ｃｏｒｒ．逡逑Ｗ逦Ｚ逦Ｗ逦Ｚ逡逑？逦－邋－邋－邋－邋－逦？逦－邋－邋？邋－邋？逦■邋＾ＷＷ＾Ｖ邋－邋－邋－邋－逦＞逡逑Ｗ邋卜邋＋逦逦逡逑＜逦Ｉｗｗｖ＇逦＜逦Ｉｓ／ＷＷ＇逦—＾￣ｋＡＡ＾ＶＶＶＷＶＡ＊逦—＾￣￣逡逑ｅｅＨ邋ｖｅｒｔｅｘ逦Ｂｏｘ逡逑２，’逦ｓｊ邋ｋ邋ｚ逡逑Ｊ＾ＡＡｒ＼逦＞Ｗ＃ＡＡ＼逡逑ｅｅＺ邋ｖｅｒｔｅｘ逦ｓｅｌｆ－ｅｎｅｒｇｙ逦ＶＺＨ邋ｖｅｒｔｅｘ逡逑图２．１邋ｅ＋ｅＴ邋４丑Ｚ过程的ＬＯ以及高阶修正的费曼ｍ。最后三个ｍ展示了邋ｅｅＺ顶角、逡逑ｆｔ能以及顶角。这些顶角或能ｍ可以按照微扰论逐级展开。逡逑本文中的所有费曼囹郎是用程序包Ｊａｘｏｄｒａｗ邋｜６０丨绘制。逡逑在正负电子的质心系，初态与末态粒子的动量以及极化状态的表示如下：逡逑ｅ＋他，邋－ａ）邋＋邋ｅ＿（Ａ：２，邋0０邋４邋丑（l枺澹冢ǎ校耄垮义显冢蹋希渖⑸湔穹义希停幔埃В劐澹藉澹澹玻纾欤蕖ǎ玻保埃╁义希樱鳎茫麇澹渝濉澹停义掀渲校藉澹な鞘终魍队八惴幢硎荆Ｉ拥募噶俊Ｋ娜旨义献刺铃澹藉澹昂停铃澹藉
本文编号：2826930
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