最大共形原理及其在高能物理过程中的应用

发布时间：2017-09-28 00:30

  本文关键词：最大共形原理及其在高能物理过程中的应用

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【摘要】：根据重整化群不变性,物理量本身并不依赖于重整化方案和重整化能标,但在微扰量子色动力学(QCD)有限阶估算下,理论预言往往依赖于重整化方案和重整化能标的选择。不恰当选择重整化能标也会使微扰QCD理论的预言很不可靠。自QCD理论建立以来,重整化方案和重整化能标的不确定性就构成了高能物理实验分析和理论预言最重要的系统误差之一。如何降低甚至消除重整化方案和重整化能标的依赖,从而得到更为准精确的理论预言,是我们在应用微扰QCD理论时需要解决的重要问题。最大共形原理,从最基本的重整化群不变性出发,能用于系统的设定最优的重整化能标并得到正确的耦合常数跑动行为。它为长期困扰理论界的QCD重整化方案和重整化能标不确定性问题提供了很好的解决方案。PMC为上世纪八十年代提出的著名Brodsky-Lepage-Mackenzie(BLM)机制提供了理论基础。PMC基于重整化群跑动方程并利用微扰展开中的?项反过来确定微扰展开式中各阶跑动耦合常数的正确行为,确定每一阶的重整化能标,从而消除重整化能标的依赖性。也就是,PMC通过将微扰级数中的非共形?项吸收进耦合常数,反过来确定各阶的PMC能标。由于微扰级数中的发散项(!)n n i sn??被消除掉,微扰展开级数的收敛性也将得到很大改善。PMC满足所有能标设定方案需要满足的自洽条件。PMC能标和共形系数都与初始重整化能标的选择无关,因此其理论预言很好的消除重整化方案和重整化能标的依赖性,从而获得更准确的理论预言。本文采用最大共形原理讨论了多种QCD高能物理过程的高圈修正效应,一方面证实了最大共形原理的有效性,将其细节进一步完善;另一方面也得到与诸多实验值更接近的理论预言。(I)讨论了Higgs粒子相关物理的高圈修正效应,包括H?bb过程,H?gg过程以及H???过程;(II)讨论了0Z玻色子衰变到强子过程直到四圈的QCD修正效应;(III)讨论了top夸克对在LHC实验平台上电荷不对称性;(VI)讨论了正负电子湮灭到双粲夸克偶素的产生过程:/()(0,1,2)c Je e J???J???????;(IV)讨论了QCD四圈修正下的电弱因子?。我们得到的结果表明:相比与传统的猜测重整化能标的方案,PMC方案具有很强的优势:(I)PMC理论预言消除了重整化方案和重整化能标的不确定性。虽然未知的高阶项会导致残留重整化能标依赖性,但这种残留的能标不确定性很小。(II)PMC后得到的微扰级数等效于共形理论的级数?=0,级数的收敛性得到很大提高。在0CN?的极限下,PMC能标设定方法与标准的Gell Mann-Low方法设定QED过程能标是一致的。(III)提高了QCD微扰理论的预言精度,得到的理论预言更接近实验的测量值,有助于标准模型的检验和寻找超出标准模型的新物理。
【关键词】：重整化能标 重整化方案 最大共形原理 Higgs粒子
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O572
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 QCD重整化与重整化能标的引入10-11
• 1.2 最大共形原理11-15
• 1.2.1 PMC-Ⅰ方法12-13
• 1.2.2 PMC-Ⅱ方法13-15
• 1.3 本文的目的和意义及主要内容15-18
• 2 Higgs粒子H→bb和H→gg衰变过程的四圈QCD修正18-40
• 2.1 H→bb和H→gg过程对研究Higgs粒子的意义18-20
• 2.2 PMC能标设定方法计算过程20-25
• 2.2.1 H→bb过程在传统方案下的计算20-22
• 2.2.2 H→bb过程在PMC能标设定方法下的计算22-23
• 2.2.3 H→gg过程的衰变宽度23-25
• 2.3 数值结果和讨论25-35
• 2.3.1 H→bb过程的数值结果25-29
• 2.3.2 H→gg过程的数值结果29-32
• 2.3.3 不同扩展BLM方法的比较32-35
• 2.4 本章总结35-40
• 3 Higgs粒子H→γγ过程的计算40-54
• 3.1 Higgs粒子衰变中的H→γγ过程40-41
• 3.2 H→γγ过程的PMC能标设定41-46
• 3.3 H→γγ过程预言精度的提高46-51
• 3.4 本章总结51-54
• 4 Z~0玻色子衰变的高阶微扰QCD修正的分析54-64
• 4.1 Z~0玻色子强衰变过程的重要性54
• 4.2 Z~0玻色子衰变过程的计算54-57
• 4.3 Z~0玻色子衰变过程的数值分析57-62
• 4.4 本章总结62-64
• 5 LHC上top夸克的电荷不对称性64-80
• 5.1 top夸克的电荷不对称性64-65
• 5.2 top夸克的电荷不对称性在PMC能标方案下的计算65-67
• 5.3 LHC上top夸克电荷不对称性的精确结果67-77
• 5.3.1 top夸克对在LHC上的产生截面67-71
• 5.3.2 top夸克在LHC上的电荷不对称性71-74
• 5.3.3 M_(tt)->M_(cut)下top夸克的电荷不对称性74-76
• 5.3.4 top夸克电荷不对称性的因子化能标依赖性76-77
• 5.4 本章总结77-80
• 6 最大共性原理在e~+e~-→J/ψ(ψ')+χ_(cJ)中的应用80-94
• 6.1 e~+e~-→J/ψ(ψ')+χ_(cJ)过程80-81
• 6.2 极化和非极化截面的计算81-84
• 6.3 e~+e~-→J/ψ(ψ')+χ_(cJ)过程单圈下的PMC结果和讨论84-91
• 6.3.1 输入参数84-86
• 6.3.2 数值结果和讨论86-91
• 6.4 本章总结91-94
• 7 提高QCD电弱因子ρ的预言94-106
• 7.1 物理量电弱因子ρ的重要性94-95
• 7.2 电弱因子△ρ的提高计算95-97
• 7.3 △ρ数值结果的提高和应用97-104
• 7.3.1 电弱因子ρ的精确结果98-103
• 7.3.2 电弱因子ρ提高δM_W和δ_(sin)~2 θ_(eff)~(left)的预言103-104
• 7.4 本章总结104-106
• 8 总结与展望106-114
• 8.1 本文总结106-108
• 8.2 工作展望108-114
• 8.2.1 Higgs粒子的产生过程108-109
• 8.2.2 物理方案下的PMC过程109-110
• 8.2.3 t夸克物理的精确计算110-112
• 8.2.4 QCD物理过程的精确计算112-114
• 致谢114-116
• 参考文献116-134
• 附录A134-138
• A. PMC-Ⅰ 方法对应的PMC能标及系数134-135
• B. PMC-Ⅱ 方法对应的PMC能标及系数135-138
• 附录B138-140
• A. 作者攻读博士学位期间发表的学术论文138-139
• B. 作者攻读博士学位期间参与的科研项目139
• C. 作者攻读博士学位期间获得的奖励139
• D. 作者攻读博士学位期间参加学术交流情况139-140

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