LHC上top夸克及Higgs玻色子衰变到粲夸克偶素的研究

摘要

重夸克偶素物理一直都是高能物理中最富有意义的研究课题之一，它为理解微扰和非微扰量子色动力学(QCD)提供了一个丰富而理想的平台。目前，重夸克偶素的产生和衰变过程的理论描述方法——非相对论QCD(NRQCD)依然是该领域中的首要选择，其实验验证是重夸克偶素物理最紧迫的任务之一。自提出以来，NRQCD成功解释了重夸克偶素的大部分实验结果，对研究重夸克偶素相关过程取得了举世瞩目的成就。与此同时，自运行以来，大型强子对撞机(LHC)一直是研究粒子内部结构，发现新粒子以及检验理论模型的最为重要的理想工具。因此，LHC作为我们研究重夸克偶素物理的理想场所，本文以NRQCD因子化方法为基础，在LHC上做了两项工作:top夸克衰变到xcJW+b伴随产生的研究，和Higgs玻色子衰变到J/ψ(Υ)γ伴随产生的研究。
　　工作一，我们计算了top夸克衰变到xcJW+b伴随产生的次领头阶(NLO) QCD修正。在此过程中，尽管领头阶(LO)的色八重态(CO)贡献占主要地位，但是由于3PJ(1)(J=0，1，2) Fock态给出重要的负值贡献，经NLOQCD修正后，总的NLO结果不太大。我们的结果表明在LHC上探测top夸克衰变产生xc0是非常困难的，但是xc1和xc2的产生有可能被探测到的。倘若，在LHC上顶夸克衰变到xcJ能被探测到，这不仅对研究top夸克衰变产生J/ψ有帮助，而且对了解重夸克偶素的产生机制有重要的意义。
　　工作二，我们研究了Higgs玻色子衰变到J/ψ(Υ)γ伴随产生。对于直接过程，H→J/ψ(Υ)+γ过程的LO衰变宽度通过NLO QCD修正受到明显压低。至于间接过程，H→γ*γ通过虚光子γ衰变到J/ψ(Υ)γ，我们的计算包含了所有标准模型(SM)的费曼图。我们的计算结果表明，间接产生的衰变宽度远远大于直接产生的衰变宽度。由于在实验上非常干净，H→J/ψ(Υ)+γ衰变过程在14 TeVLHC上有可能被观测到，它提供了一种新的方式去探测LHC上的Yukawa耦合和新物理。
　　本文的创新之处在于，我们在LHC上研究了top夸克及Higgs玻色子衰变到粲夸克偶素过程，并首次进行NLO QCD修正。我们的结果表明，经过NLO QCD修正后，在LHC上很有可能探测到xc1和xc2的产生，及Higgs玻色子与底夸克的Yukawa耦合。如果将来在LHC上能探测到这些性过程，这将为检验理论模型和探索新物理提供重要的参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论(引言)

1．1 动量能标和因子化

1．2 色单态模型

1．3 色蒸发模型

1．4 碎裂函数方法

1．5 kT因子化

第二章 NRQCD及其相关理论

2．1 NRQCD因子化方法

2．2 碎裂函数方法与NRQCD因子化方法的关系

2．3 建立NRQCD因子化的困难

2．4 重夸克偶素遍举产生的因子化

2．5 重夸克偶素衰变的因子化

第三章 LHC及其探测器简介

3．1 LHC

3．2 ATLAS

3．3 CMS

3．4 ALICE

3．5 LHCb

第四章 LHC上top夸克衰变到xcJW+b伴随产生的研究

4．1 背景介绍

4．2 t→xcJ+W++b衰变过程LO计算

4．3 t→xcJ+W++b衰变过程单圈计算

4．4 数值结果与讨论

4．5 本章小结

第五章 LHC上Higgs玻色子衰变到J／Ψ(Υ)γ伴随产生的研究

5．1 背景介绍

5．2 H→J／Ψ(Υ)+γ竹直接产生过程LO计算

5．3 H→J／Ψ(Υ)+γ过程单圈计算

5．4 数值结果与讨论

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文