强子对撞机上R宇称破坏的超对称理论的精确检验

摘要

迄今为止标准模型(SM)被证明是非常成功的理论模型，它的预言同现在的实验数据高度吻合，但是它仍被认为是描述能量在(O)(102)GeV的粒子物理现象的有效理论。人们设计了许多实验来探索新物理的信号，同时扩展出来许多新的理论模型。在这其中，最小超对称标准模型(MSSM)由于其优美的对称形式和丰富的物理内涵而备受人们关注。人们相信如果最小超对称标准模型是正确的，在大型强子对撞机(LHC)上将会发现超对称物理的信号。
　　 在标准模型中，轻子数和重子数是严格守恒的。然而在一般的R宇称破坏的超对称模型理论中却可以存在轻子味道破坏(LFV)的eμ产生过程。强子对撞机上的eμ对产生的稀有过程观测有可能成为探测R宇称破坏的的一个理想过程，并可以成为实验上精确测量某些超对称模型参数的有效手段。
　　 为了提高事例的统计量，我们提出在数据分析时不区分电子和μ子所带电荷的正负。无论是对信号还是本底的测量，在实验中都需要与之相适应的高精度的理论预言，因而我们在理论计算中需要考虑它们的高阶修正及其理论不确定度。我们给出了强子对撞机上轻子味道破缺过程p(-p)/pp→eμ+X的包括次领头阶量子色动力学(NLO QCD)修正和胶子-胶子聚合子过程贡献的精确计算，并给出了相应的QCD修正的K因子。我们的结果表明该K因子与单个sneutrino产生的过程p(-p)→(-v)+X的NLO QCD修正的K因子比较存在着明显差别。在强子对撞机上，能标的选取以及对强子部分子分布函数(PDF)的精确了解对信号或者本底的产生过程的截面的计算都具有重要意义。我们讨论了能标和PDF对QCD修正的K因子带来的不确定性，其结果表明PDF的不确定性是理论预言的不确定性的主要来源。由于在低横动量区域微扰论计算可能失效而不能得到正确的截面分布，我们需要对软胶子引起的对数项再求和从而得到一个合理的结果。我们给出了某些物理可观测量的微分截面分布，并在Collins-Soper-Sterman(CSS)再求和规则下计算了考虑到低横动量区域软胶子再求和效应之后的eμ对的横动量分布。
　　 本文的创新之处如下：
　　 ●本文的理论研究课题与实验结合密切。我们给出的所有理论预言都是应实验分析的要求，并可以直接应用于实验的数据分析中，因而对强子对撞机上寻找R宇称破坏的eμ信号的实验具有指导意义。费米实验室“FermilabToday'在报道D(φ)实验合作组的实验成果时曾提到我们的工作[1]:“中国科技大学的理论工作者提出了在R宇称破坏的超对称模型下，有可能在Tevatron上产生单个的重标量中微子，如果实验观测到这个粒子衰变成一个电子和一个μ子，将意味着得到轻子味道改变和新物理存在的确凿证据。”
　　 ●本文首次计算了R宇称破坏的最小超对称模型下，强子对撞机上包含了NLO QCD修正和胶子-胶子聚合子过程贡献的eμ信号的产生过程，从而得到了该过程目前最精确的理论预言。这对寻找R宇称破坏的eμ信号的实验分析提供了理论依据。
　　 ●本文首次在计算eμ对的横动量分布中考虑了横动量的低端区域由于软胶子辐射而产生的大对数项的贡献，通过对这些大对数项的重求和，我们给出了eμ对的横动量分布的目前最精确的描述。我们的结果为实验分析提供了参考。
　　 ●本文给出了轻子味道破缺过程p(-p)/pp/→eμ+X的QCD修正的K因子并分析了能标的选取以及PDF对K因子造成的不确定性，该结果被D(φ)实验合作组在寻找R宇称破坏的eμ信号的实验中作为理论依据而采用[2]。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章标准模型和最小超对称标准模型介绍

1.1标准模型

1.1.1标准模型的场

1.1.2标准模型的拉氏量和Higgs机制

1.2最小超对称标准模型(MSSM)

1.2.1超对称的引入

1.2.2 MSSM的场和粒子谱

1.2.3 MSSM的拉氏量

1.2.4 MSSM的质量本征态

1.3 R宇称破坏

1.3.1 R宇称破坏的超对称模型

1.3.2 R宇称破坏参数的实验限制

1.3.3 R宇称破坏信号的探测方法

第2章对撞机及相关理论介绍

2.1对撞机

2.1.1Tevatron

2.1.2 LHC

2.2强子部分子分布函数(PDF)

2.2.1 PDF的拟合

2.2.2 PDF的不确定性

2.3横动量分布中的软胶子再求和效应

2.3.1高低端横动量区域分布的分离

2.3.2低端横动量区域的分布形式W(b)

第3章强子对撞机上电子-μ子对的产生

3.1eμ信号的探测

3.2pp-/pp→eμ+X过程截面的的计算

3.2.1最低阶树图截面

3.2.2NLO QCD修正

3.2.3 QCD修正的总截面

3.2.4理论上不确定性的估计

3.2.5 eμ对的横动量分布

3.3数值计算和讨论

3.3.1截断无关性的检验

3.3.2散射截面和K因子

3.3.3由能标和PDF引起的不确定性

3.3.4横动量的分布

3.4本章小结

第4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