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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- LHeC對(duì)撞機(jī)上最輕的中性超對(duì)稱黑格斯粒子-電子-噴注伴隨產(chǎn)生的研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡(jiǎn)介：
- 國(guó)際上首次在LHeC上最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型下精確地計(jì)算了最輕的中性Higgs粒子－電子－噴注的伴隨產(chǎn)生過(guò)程的單圈階QCD貢獻(xiàn)。分析了該過(guò)程可能的可觀測(cè)量中可能的超對(duì)稱效應(yīng)，并與標(biāo)準(zhǔn)模型的數(shù)值結(jié)果和以前的研究結(jié)果進(jìn)行了比較。該工作解決了量子場(chǎng)論中消除紫外、紅外發(fā)散等若干前沿復(fù)雜的推導(dǎo)計(jì)算困難，并得到了正確性的檢驗(yàn)。該研究對(duì)尋找Higgs粒子、新物理，以及未來(lái)LHeC對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)提供了重要的理論支持。
- 詳細(xì)介紹：
- 在國(guó)際上首次在大型強(qiáng)子-電子對(duì)撞機(jī)（LHeC）上最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型（MSSM）下完整、精確地計(jì)算了最輕的中性黑格斯（Higgs）粒子－電子－噴注的伴隨產(chǎn)生過(guò)程的量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）次領(lǐng)頭階（NLO）的貢獻(xiàn)。分析了該過(guò)程實(shí)驗(yàn)測(cè)量可能的可觀測(cè)量中可能的超對(duì)稱效應(yīng)，并與標(biāo)準(zhǔn)模型（SM）的數(shù)值結(jié)果和以前的研究結(jié)果進(jìn)行了比較。在該研究中解決了量子場(chǎng)論微擾計(jì)算的重整化、復(fù)雜狄拉克代數(shù)推導(dǎo)運(yùn)算和多點(diǎn)圈圖計(jì)算的困難；采用蒙特卡羅方法解決了三體、四體末態(tài)相空間積分問(wèn)題；解決了多點(diǎn)圈圖的標(biāo)量，矢量、張量積分函數(shù)的準(zhǔn)確推導(dǎo)和精確計(jì)算程序，并進(jìn)行了正確性和可靠性的數(shù)值檢驗(yàn)。該研究對(duì)LHeC實(shí)驗(yàn)上尋找Higgs粒子及尋找標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理是非常重要的。這篇文章的結(jié)果從理論上支持了未來(lái)大型強(qiáng)子－電子對(duì)撞機(jī)的運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為了尋找和區(qū)分最輕的Higgs粒子，未來(lái)實(shí)驗(yàn)上精確測(cè)量超對(duì)稱的hZZ耦合，確定標(biāo)準(zhǔn)模型以外的超對(duì)稱新物理模型的存在，以及為了論證未來(lái)LHeC上的運(yùn)行和實(shí)驗(yàn), 本工作對(duì)未來(lái)的大型強(qiáng)子-電子對(duì)撞機(jī)上最小超對(duì)稱模型下最輕的中性Higgs粒子－電子－噴注的伴隨產(chǎn)生過(guò)程給出高精度的理論預(yù)言,并將最小超對(duì)稱模型和標(biāo)準(zhǔn)模型兩種模型的理論預(yù)言進(jìn)行了比較。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 高能過(guò)程中尋找超對(duì)稱Higgs粒子和新物理跡象的精確理論研究是當(dāng)前粒子物理現(xiàn)象學(xué)研究的前沿課題。該作品在國(guó)際上首次對(duì)ep→ehj+X過(guò)程進(jìn)行了最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型下完整的QCD單圈階輻射修正研究，給出了物理可觀測(cè)量的精確預(yù)言，為今后的LHeC的運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)提供了理論支持。該研究中解決了量子場(chǎng)論微擾計(jì)算的重整化、復(fù)雜狄拉克代數(shù)、矢量、張量積分推導(dǎo)、多點(diǎn)圈圖計(jì)算的等復(fù)雜問(wèn)題，并進(jìn)行了正確性和可靠性的檢驗(yàn)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本工作是粒子物理界國(guó)際前沿的研究課題，該研究對(duì)LHeC實(shí)驗(yàn)尋找Higgs粒子，檢驗(yàn)超對(duì)稱的hZZ耦合，發(fā)現(xiàn)物理可觀測(cè)量中的新物理信號(hào)提供了精確的理論依據(jù)。這對(duì)研究電弱對(duì)稱的破缺機(jī)制和實(shí)驗(yàn)上尋找標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理是非常重要的。這篇文章的結(jié)果為今后大型強(qiáng)子－電子對(duì)撞機(jī)的運(yùn)行與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ教峁┝酥匾睦碚撘罁?jù)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 該論文研究了在歐洲核子中心（CERN）可能的大型強(qiáng)子－電子對(duì)撞機(jī)（LHeC）上最小超對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)模型（MSSM）下最輕的中性黑格斯（Higgs）玻色子伴隨電子、噴注的產(chǎn)生過(guò)程。特別研究了這個(gè)過(guò)程的可觀測(cè)量和可能的超對(duì)稱效應(yīng)，并與標(biāo)準(zhǔn)模型的數(shù)值結(jié)果和以前的工作進(jìn)行了比較。我們給出了最小超對(duì)稱模型下的領(lǐng)頭階（LO）和次領(lǐng)頭階（NLO）量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）修正的總截面以及末態(tài)電子、最輕的中性Higgs玻色子和噴注的微分截面的橫動(dòng)量分布。計(jì)算結(jié)果QCD次領(lǐng)頭階修正明顯減弱了領(lǐng)頭階截面對(duì)能標(biāo)的依賴性。在文章中選取的參數(shù)空間內(nèi)，隨著因子化/重整化能標(biāo)從0.2m_Z變化到3.8m_Z，相應(yīng)的總截面QCD修正的K因子從0.0893變化到1.048。
獲獎(jiǎng)情況
- 參賽者為第一作者的論文“Light MSSM neutral Higgs boson production associated with an electron and a jet at the LHeC” 發(fā)表在美國(guó)《物理評(píng)論D》（Physical Review D83,055003(2011)）。該刊物已被科學(xué)引文索引（SCI）權(quán)威檢索收錄，影響因子4.922。
鑒定結(jié)果
- 論文網(wǎng)址 URL: DOI: 10.1103/PhysRevD.83.055003
參考文獻(xiàn)
- [1] CMS Collaboration, CERN/LHCC Report No. 2006-021. [2] S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19, 1264 (1967); S. Glashow, Nucl. Phys. 22, 579 (1961); A. [3] J. F. Gunion, H. E. Haber, Nucl. Phys. B272, 1 (1986). [4] C. Amsler,et al. Phys. Lett. B667, 1 (2008). [5] (ALEPH), (DELPHI), (L3) and (POAL) Collaborations, LHWG Note 2002-01, 2002, in ICHEP02 Amsterdam, 2002, and additional updates at P. A. McNamara and S. L. Wu, Rept. Prog. Phys. 65, 465 (2002). [6] The LHeC web page, [7] T. Han and B. Mellado, Phys. Rev. D 82, 016009 (2010). [8] B. Jager, Phys. Rev. D 81 054018 (2010). [9] A. Denner, Fortschr. Phys. 41, 307 (1993).
同類課題研究水平概述
- 基本粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型面臨等級(jí)差問(wèn)題、精細(xì)調(diào)節(jié)問(wèn)題等理論困難，使得人們相信在TeV能級(jí)將會(huì)有新物理出現(xiàn)。目前，理論上提出了很多標(biāo)準(zhǔn)模型的擴(kuò)充理論來(lái)解決上述問(wèn)題，其中最小超對(duì)稱模型（MSSM）是人們最感興趣和最有希望的模型之一。歐洲核子中心（CERN）大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）有可能以質(zhì)子－電子對(duì)撞的模式運(yùn)行，稱為大型強(qiáng)子-電子對(duì)撞機(jī)（LHeC）。這將為我們實(shí)驗(yàn)上尋找標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理、確定新物理模型、精確確定模型參數(shù)、部分子動(dòng)力學(xué)提供了有力的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 LHeC最初是計(jì)劃用于實(shí)驗(yàn)上精確測(cè)定部分子動(dòng)力學(xué)和質(zhì)子內(nèi)夸克膠子的動(dòng)量分布。這些結(jié)果在發(fā)現(xiàn)和解釋新物理中會(huì)起到重要作用。而本研究結(jié)果可以為L(zhǎng)HeC的運(yùn)行在高能情形下新物理研究上的意義提供了進(jìn)一步的理論依據(jù)。未來(lái)的高能對(duì)撞機(jī)上高能物理實(shí)驗(yàn)最重要的目標(biāo)就是尋找新物理、檢驗(yàn)理論預(yù)言的新粒子的物理特性及新物理效應(yīng)。對(duì)Higgs的研究將有助于我們揭示電弱對(duì)稱性自發(fā)破缺的機(jī)制、了解基本粒子的質(zhì)量起源。通過(guò)測(cè)量hZZ的耦合強(qiáng)度可以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型和新模型進(jìn)行理論檢驗(yàn)，對(duì)新物理信號(hào)加以分離。 LHeC比LHC實(shí)驗(yàn)在測(cè)量Higgs玻色子和規(guī)范粒子耦合時(shí)本底更干凈，易于精確實(shí)驗(yàn)測(cè)量。因此，理論上精確計(jì)算LHeC上的中性流ep→ehj+X過(guò)程就顯得尤為重要了。目前，國(guó)際上對(duì)于這個(gè)過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)模型領(lǐng)頭階和次領(lǐng)頭階的精確計(jì)算的文章已經(jīng)發(fā)表。但對(duì)于這個(gè)過(guò)程的最小超對(duì)稱模型下的量子色動(dòng)力學(xué)次領(lǐng)頭階修正計(jì)算過(guò)去還沒(méi)有人研究。作者首次對(duì)該過(guò)程在MSSM下進(jìn)行了精確的理論預(yù)言，研究了可能的超對(duì)稱效應(yīng)，并將我們的結(jié)果和以前標(biāo)準(zhǔn)模型下的工作結(jié)果做了比較和討論，并得到了正確性和可靠性的檢驗(yàn)。這將為未來(lái)的LHeC對(duì)撞機(jī)的運(yùn)行提供理論支持，為尋找超對(duì)稱Higgs粒子、尋找標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理模型，并與標(biāo)準(zhǔn)模型加以區(qū)分提供了必要的理論依據(jù)。
