基本信息
- 项目名称：
- 正负电子对撞机上ttZ产生过程的单圈QCD和电弱修正
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文在国际上首次完成了在量子色动力学和电弱理论下对e+e->ttZ过程的最精确的物理预言，为今后正负电子直线对撞机上的实验数据分析提供了理论依据。
- 详细介绍：
- 作者在标准模型下完整、精确地计算了e+e->ttZ协同产生过程的量子色动力学和电弱单圈阶的辐射修正。作品中研究了该过程的产生截面与对撞能量的依赖关系，微分截面和顶夸克对的不变质量的关联；并给出了所有末态粒子的横向动量的精确分布。研究结果表明： 量子色动力学和电弱单圈阶辐射修正将大大地提高理论预言的精确程度，因此对相关过程的实验数据分析中是必须加以考虑的。 本工作是国际前沿的研究课题，对实验上验证标准模型中顶夸克和规范玻色子的耦合、发现新物理迹象，研究电弱对称的破缺机制是非常重要的。它为将要建设的国际直线对撞机的物理设计，以及在未来实验中寻找标准模型之外的新物理的实验数据分析提供了理论依据。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 在国际直线对撞机的物理目标中，精确测量e+e->ttZ过程对研究顶夸克物理具有重要作用。高精度地给出该过程物理观测量的理论预言，便能够为未来实验上精确测量顶夸克和Z玻色子的耦合，进而确定标准模型以外的新物理迹象提供理论依据。这也是国际直线对撞机物理设计研究的主要内容。
科学性、先进性及独特之处
- 对超高能过程的精确理论研究是当前粒子物理现象学研究的前沿课题。该作品对e+e->ttZ过程进行了完整的量子色动力学和电弱单圈阶的辐射修正研究，给出了物理可观测量的精确预言。 在该研究中解决了量子场论微扰计算的巨大计算量和复杂代数推导运算的困难；解决了三体末态相空间蒙特卡罗积分的收敛性问题；利用量子场论知识完成了五点标量，矢量、张量积分函数的准确推导和精确计算，并进行了正确性和可靠性检验。
应用价值和现实意义
- 本工作是国际前沿的研究课题，作品完整、精确地计算正负电子直线对撞机上e+e->ttZ过程的量子色动力学和电弱单圈量子修正，这对实验上验证标准模型中顶夸克和规范玻色子的耦合、发现新物理迹象，研究电弱对称的破缺机制是非常重要的。它为将要建设的国际直线对撞机的物理设计提供了理论依据。也为未来在实验上寻找标准模型之外的新物理的实验分析提供了理论依据。
学术论文摘要
- 作者在标准模型下完整、精确地计算了e+e->ttZ协同产生过程的量子色动力学和电弱单圈阶的辐射修正。作品中研究了该过程的产生截面与对撞能量的依赖关系，微分截面和顶夸克对的不变质量的关联；并给出了所有末态粒子的横向动量的精确分布。研究结果表明：量子色动力学和电弱单圈阶辐射修正将大大地提高理论预言的精确程度，因此对相关过程的实验数据分析中是必须加以考虑的。
获奖情况
- 论文“One-loop QCD and electroweak corrections to ttZ production at an e+e- linear collider” 发表在美国《物理评论D》（Physical Review D） 78,094010(2008)。该刊物已被科学引文索引（SCI）权威检索收录，影响因子4.69。至今为止，本文已被他引2次。 本作品荣获第三届“挑战杯”合锻集团安徽省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。
鉴定结果
- 论文的URL： 科技查新报告显示:未见与本作品查新点相似的公开文献报道，本作品具有新颖性。
参考文献
- [1]S. L. Glashow, Nucl. Phys. 22, 579 (1961); S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19,1264 (1967). [2]P. W. Higgs, Phys. Lett. 12, 132 (1964). [3] F. Abe et al. (CDF Collaboration), Phys. Rev. Lett. 74, 2626 (1995). [4] S. Abachi, et al. (DØ Collaboration), Phys. Rev. Lett. 74, 2632 (1995). [5] D. Chakraborty, J. Konigsberg, and D. Rainwater, Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 53, 301 (2003). [6] K. Hagiwara, H. Murayama, and I. Watanabe, Nucl. Phys.B 367, 257 (1991). [7]A. Lazopoulos, K. Melnikov, and F. Petriello, Phys. Lett. B 666, 62 (2008). [8] T. Hahn, Comput. Phys. Commun. 140, 418 (2001). [9] A. Denner, Fortschr. Phys. 41, 307 (1993). [10] G. J. van Oldenborgh, Comput. Phys. Commun. 66, 1 (1991). [11] G. ’t Hooft and M. Veltman, Nucl. Phys. B 153, 365 (1979). [12] A. Denner and S. Dittmaier, Nucl. Phys. B 658, 175 (2003).
同类课题研究水平概述
- 已经运行的CERN大型强子对撞机（LHC）将实现7TeV的质子束流对撞，未来的国际直线对撞机（ILC）设计的正负电子对撞能量也在几百个GeV或TeV量级。这将为我们实验上寻找新物理、确定新物理模型、精确确定模型参数提供有力的实验平台。 未来的这些高能对撞机上将要进行的主要物理研究工作的内容之一就是顶夸克物理。对顶夸克的研究将有助于我们揭示电弱对称性破缺的机制，发现标准模型以外的新物理迹象。因此，实验上精确确定顶夸克和规范玻色子的耦合，如t-t-Z耦合强度是非常重要的。考虑到强子对撞机上对撞过程的末态有大量的喷注，本底比较大，国际直线对撞机上可以对这一过程做更精确的研究。在国际直线对撞机的物理目标中，精确测量e+e->ttZ过程对研究顶夸克物理具有重要作用。高精度地给出该过程物理观测量的理论预言，便能够为未来实验上精确测量顶夸克和Z玻色子的耦合，进而确定标准模型以外的新物理迹象提供理论依据。 因此，理论上精确计算直线对撞机上ttZ的伴随产生过程就显得尤为重要了。目前，对于标准模型下这一过程的的完整的量子色动力学和电弱单圈阶的辐射修正还没有研究过。本文在国际上首次完成了在量子色动力学和电弱理论下对e+e->ttZ过程的最精确的物理预言，为今后国际直线对撞机上的实验数据分析提供了理论依据。
