基本信息
- 项目名称：
- LHeC对撞机上最轻的中性超对称黑格斯粒子-电子-喷注伴随产生的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 国际上首次在LHeC上最小超对称标准模型下精确地计算了最轻的中性Higgs粒子－电子－喷注的伴随产生过程的单圈阶QCD贡献。分析了该过程可能的可观测量中可能的超对称效应，并与标准模型的数值结果和以前的研究结果进行了比较。该工作解决了量子场论中消除紫外、红外发散等若干前沿复杂的推导计算困难，并得到了正确性的检验。该研究对寻找Higgs粒子、新物理，以及未来LHeC对撞机的实验提供了重要的理论支持。
- 详细介绍：
- 在国际上首次在大型强子-电子对撞机（LHeC）上最小超对称标准模型（MSSM）下完整、精确地计算了最轻的中性黑格斯（Higgs）粒子－电子－喷注的伴随产生过程的量子色动力学（QCD）次领头阶（NLO）的贡献。分析了该过程实验测量可能的可观测量中可能的超对称效应，并与标准模型（SM）的数值结果和以前的研究结果进行了比较。在该研究中解决了量子场论微扰计算的重整化、复杂狄拉克代数推导运算和多点圈图计算的困难；采用蒙特卡罗方法解决了三体、四体末态相空间积分问题；解决了多点圈图的标量，矢量、张量积分函数的准确推导和精确计算程序，并进行了正确性和可靠性的数值检验。该研究对LHeC实验上寻找Higgs粒子及寻找标准模型以外的新物理是非常重要的。这篇文章的结果从理论上支持了未来大型强子－电子对撞机的运行和实验。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 为了寻找和区分最轻的Higgs粒子，未来实验上精确测量超对称的hZZ耦合，确定标准模型以外的超对称新物理模型的存在，以及为了论证未来LHeC上的运行和实验, 本工作对未来的大型强子-电子对撞机上最小超对称模型下最轻的中性Higgs粒子－电子－喷注的伴随产生过程给出高精度的理论预言,并将最小超对称模型和标准模型两种模型的理论预言进行了比较。
科学性、先进性及独特之处
- 高能过程中寻找超对称Higgs粒子和新物理迹象的精确理论研究是当前粒子物理现象学研究的前沿课题。该作品在国际上首次对ep→ehj+X过程进行了最小超对称标准模型下完整的QCD单圈阶辐射修正研究，给出了物理可观测量的精确预言，为今后的LHeC的运行和实验提供了理论支持。该研究中解决了量子场论微扰计算的重整化、复杂狄拉克代数、矢量、张量积分推导、多点圈图计算的等复杂问题，并进行了正确性和可靠性的检验。
应用价值和现实意义
- 本工作是粒子物理界国际前沿的研究课题，该研究对LHeC实验寻找Higgs粒子，检验超对称的hZZ耦合，发现物理可观测量中的新物理信号提供了精确的理论依据。这对研究电弱对称的破缺机制和实验上寻找标准模型以外的新物理是非常重要的。这篇文章的结果为今后大型强子－电子对撞机的运行与实验模式提供了重要的理论依据。
学术论文摘要
- 该论文研究了在欧洲核子中心（CERN）可能的大型强子－电子对撞机（LHeC）上最小超对称标准模型（MSSM）下最轻的中性黑格斯（Higgs）玻色子伴随电子、喷注的产生过程。特别研究了这个过程的可观测量和可能的超对称效应，并与标准模型的数值结果和以前的工作进行了比较。我们给出了最小超对称模型下的领头阶（LO）和次领头阶（NLO）量子色动力学（QCD）修正的总截面以及末态电子、最轻的中性Higgs玻色子和喷注的微分截面的横动量分布。计算结果QCD次领头阶修正明显减弱了领头阶截面对能标的依赖性。在文章中选取的参数空间内，随着因子化/重整化能标从0.2m_Z变化到3.8m_Z，相应的总截面QCD修正的K因子从0.0893变化到1.048。
获奖情况
- 参赛者为第一作者的论文“Light MSSM neutral Higgs boson production associated with an electron and a jet at the LHeC” 发表在美国《物理评论D》（Physical Review D83,055003(2011)）。该刊物已被科学引文索引（SCI）权威检索收录，影响因子4.922。
鉴定结果
- 论文网址 URL: DOI: 10.1103/PhysRevD.83.055003
参考文献
- [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).
同类课题研究水平概述
- 基本粒子物理的标准模型面临等级差问题、精细调节问题等理论困难，使得人们相信在TeV能级将会有新物理出现。目前，理论上提出了很多标准模型的扩充理论来解决上述问题，其中最小超对称模型（MSSM）是人们最感兴趣和最有希望的模型之一。欧洲核子中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）有可能以质子－电子对撞的模式运行，称为大型强子-电子对撞机（LHeC）。这将为我们实验上寻找标准模型以外的新物理、确定新物理模型、精确确定模型参数、部分子动力学提供了有力的实验平台。 LHeC最初是计划用于实验上精确测定部分子动力学和质子内夸克胶子的动量分布。这些结果在发现和解释新物理中会起到重要作用。而本研究结果可以为LHeC的运行在高能情形下新物理研究上的意义提供了进一步的理论依据。未来的高能对撞机上高能物理实验最重要的目标就是寻找新物理、检验理论预言的新粒子的物理特性及新物理效应。对Higgs的研究将有助于我们揭示电弱对称性自发破缺的机制、了解基本粒子的质量起源。通过测量hZZ的耦合强度可以对标准模型和新模型进行理论检验，对新物理信号加以分离。 LHeC比LHC实验在测量Higgs玻色子和规范粒子耦合时本底更干净，易于精确实验测量。因此，理论上精确计算LHeC上的中性流ep→ehj+X过程就显得尤为重要了。目前，国际上对于这个过程的标准模型领头阶和次领头阶的精确计算的文章已经发表。但对于这个过程的最小超对称模型下的量子色动力学次领头阶修正计算过去还没有人研究。作者首次对该过程在MSSM下进行了精确的理论预言，研究了可能的超对称效应，并将我们的结果和以前标准模型下的工作结果做了比较和讨论，并得到了正确性和可靠性的检验。这将为未来的LHeC对撞机的运行提供理论支持，为寻找超对称Higgs粒子、寻找标准模型以外的新物理模型，并与标准模型加以区分提供了必要的理论依据。
