LHeC上P波Bc**介子产生过程的研究

摘要

本篇论文在非相对论量子色动力学(NRQCD)的框架下研究了大型强子-电子对撞机(LHeC)和未来环形电子-质子对撞机(FCC-ep)上P波激发态B**c介子的光产生。LHeC和FCC-ep是最近提出的新一代电子-质子对撞机，它结合了强子对撞机和轻子对撞机的优点，即高亮度、高对撞能量和干净的背景。这些优势使得这些平台非常适合进行对Bc介子的研究。
　　重夸克-重反夸克束缚态系统是研究微扰和非微扰QCD的理想平台，因为双重夸克介子系统中两个重夸克的运动是非相对论的，可以用NRQCD理论来研究。在双重介子家族中，Bc介子是唯一一个显含味道的介子。它主要通过弱相互作用进行衰变，因而有相对较长的寿命，因此Bc介子对于研究QCD势模型和理解双重味夸克束缚态系统的弱衰变机制都很有帮助。
　　Bc介子首先由CDF实验组在1998年发现，在接下来的十几年里，许多实验组，特别是在大型强子对撞机(LHC)上，取得了不少的成果。与此同时，理论研究也有很大进展，有很多工作研究了Bc介子在强子对撞机上通过胶子-胶子聚合等的直接产生，以及通过W玻色子，Higgs粒子或top夸克衰变等的间接产生。Bc介子在高亮度的Z工厂和国际未来直线对撞机(ILC)上的产生过程也同样被人们进行了广泛的研究。这些研究表明在这些对撞机上可以产生相当可观的Bc介子，因而可以很好地进行Bc介子的研究。
　　目前，在强子对撞机上已经收集了足够多的Bc介子事例，然而如果想深入了解它的性质，我们就必须要对更多的事例进行分析。因此，除了强子和轻子对撞机，我们还想知道是否还有其它类型的对撞平台可以产生可观的Bc介子事例，进而进行Bc介子的研究。轻子-强子对撞机也可能是研究Bc介子性质的重要平台。
　　强子-电子环形对撞机(HERA)是世界上第一代轻子-强子对撞机。在HERA上，电子被加速到27.5GeV后与0.92TeV的质子相互碰撞。H1实验组报道了大量的对J/Ψ介子的弹性和非弹性的光产生的测量工作，然而，HERA实验没有发现Bc介子的信号。这主要是由于HERA上对撞能量和亮度不高(L～1031cm-2s-1。)
　　最近，人们提出了一个新一代的轻子-质子对撞机——LHeC(后续的FCC-ep)。LHeC设计采用60GeV的电子束(后续升级到140GeV)去对撞LHC上7TeV的质子束。我们在NRQCD的框架下研究了在LHeC上P波激发态的B**c介子(1P1和3PJ，J=0，1，2)的光产生。通常，对于光产生过程，因为胶子巨大的亮度，人们认为e-+P→γ+g→B**c+b+(c)子过程是电子-质子对撞机上的主要贡献。但是根据对S波Bc介子在LHeC的产生的研究表明e-+P→γ+c→B**c+band e-+P→γ+(b)→B**c+(c)在低端pT部分占主要贡献。因此，对于这些反应道，需要对它们的总截面、微分截面以及不确定性进行细致的处理及讨论。在对所有子过程求和后，我们得到在对撞能量√S=1.30TeV，亮度为L=1033cm-2s-1的LHeC对撞机上，一年大概可以累积(2.48+3.45-1.55×104B**c(1P1)，(1.14+1.49-0.82)×104B**c(3P0)，(2.38+3.39-1.74)×104B**c(3P1)和(5.59+7.84-3.93)×104B**c(3P2)个事例。这样可观的事例使得我们有机会在LHeC上研究P波激发态B**c介子的性质。
　　本论文的主要创新点有:
　　本文首次在NRQCD的框架下，在LHeC上P波B**c介子的产生过程做了系统的研究。我们发现在LHeC和FCC-ep上P波B**c介子的贡献可以占到基态的20％，这是不可以被忽略的。不仅如此，在LHeC和FCC-ep上可以产生大量的B**c事例使得人们有可能直接观测介子的激发态，这对了解(c(b))束缚态的质量谱以及检验势模型都很有帮助。

目录

声明

摘要

第一章 重夸克偶素产生的QCD描述

1．1 QCD简介

1．1．2 QCD的重整化

1．1．3 因子化定理

1．1．4 红外安全

1．2 重夸克偶素的理论模型

1．2．1 色单态模型与色蒸发模型

1．2．2 NRQCD因子化模型

第二章 LHeC上P波Bc**介子产生的研究

2．1 背景介绍

2．2 LHeC对撞机

2．3 P波Bc**介子在LHeC的产生计算

2．4 数值结果

2．5 本章小结

第三章 总结

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果