LHC上双重夸克偶素光致产生的研究

论文摘要

自1974年J/Ψ在实验上被发现起,粒子物理领域又有了一个重要且富有意义的研究课题——重夸克偶素物理。经过四十多年时间的研究,重夸克偶素物理依然吸引着来自理论和实验物理学家的关注。实验上,各国积极建造对撞机,如美国费米实验室的Tevatron粒子加速器,北京正负电子对撞机（BEPC）以及欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）,为研究重夸克偶素物理提供了实验平台;理论上,为了解释重夸克偶素的产生机制,粒子物理学家们提出了很多的理论模型,如色单态模型（CSM）,色蒸发模型（CEM）,非相对论量子色动力学（NRQCD）理论等,并在理论和实验两方面取得了优异的成绩。研究重夸克偶素的产生和衰变过程,一般将其因子化为两个部分:微扰部分和非微扰部分。对于微扰部分的处理己经有了一套相对成熟的理论一微扰量子色动力学（QCD）,而对于非微扰过程的处理手段相对匮乏,一般都是从实验中提取普适的长距离矩阵元或者通过格点QCD计算得到。因此重夸克偶素的产生和衰变过程既可以研究微扰QCD又可以研究非微扰QCD,是研究QCD的理想平台。当前,由于对撞机能量和亮度的不断提高,很多重夸克偶素的产生过程都有可能被实验研究,如重夸克偶素伴随单jet产生,重夸克偶素伴随双jet产生,重夸克偶素伴随W±/Z/γ产生,重夸克偶素伴随单轻子产生,重夸克偶素伴随双轻子产生以及双重夸克偶素产生等过程。尤其是双重夸克偶素产生道的研究吸引了大量粒子物理学家们的关注,如Belle实验室中的正负电子对撞产生双粲夸克偶素的实验,其过程经过相对论修正和次领头阶（NLO）NRQCD修正可以很好的解释;在LHC上双粲夸克偶素的产生也被实验研究了,人们利用不同的理论模型去解释双重夸克偶素在LHC上的产生过程。虽然对于LHCb的实验结果,可以通过单部分子散射机制的CSM NLO修正给出合理的解释,但对于CMS实验,至今未有一个令人满意的解释。为了进一步理解重夸克偶素的产生机制,我们需要研究更多关于重夸克偶素的产生过程,其中双重夸克偶素的产生是一个重要的研究对象。本文基于NRQCD理论研究了双重夸克偶素在LHC上的光致产生（photoproduction）,给出了双J/Ψ（r）在LHC上光致产生过程的领头阶（LO）的理论估计。我们在第一章中简要的介绍了QCD理论,给出了基于NRQCD理论研究重夸克偶素产生的理论框架,并对重夸克偶素物理进行了介绍。在第二章中我们介绍了重夸克偶素H在LHC上的两种产生方式:pp→pyp→H+X和pp→pyyp→H+X,以及给出此过程中存在的电磁效应在考虑传递动量Q2很小情况下的处理方法——等效光子近似方法。第三章中我们基于NRQCD因子化方法研究了双J/Ψ（r）在LHC上三种探测器接受范围内的LO光致产生过程。在此过程中,我们给出了双J/Ψ产生截面的理论估计,还给出了它们的横向动量和快度分布图,我们同时也对双Y在LHC上光致产生过程做了理论预测。从我们计算的结果表明,双J/Ψ的光致产生在LHC上有可能被观测到,但是对于双丫的光致产生,在现有的实验条件下很难被发现。本论文的主要创新点在于,我们首次研究了双J/Ψ（r）在LHC上三种探测器接受范围内的光致产生过程。基于我们计算的结果,发现在LHC上探测器接受范围为ζ1和ζ3的情况下,双J/Ψ的产生截面达到pb的量级;对于探测器接受范围为ζ2的情况下,双J/Ψ的产生截面的值不到200 fb。如果我们考虑LHC的光照亮度为200 fb-1,对于在LHC上探测器的接受范围分别为ζ1,ζ2和ζ3情况下,可以大致估计出双J/Ψ的产生事例数为3900,500,和3600,因此我们有可能在实验中观测到双J/Ψ的光致产生,对于该过程的详细研究有助于进一步理解重夸克偶素的产生机制。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章重夸克偶素物理简介

1.1 量子色动力学简介

1.2 重夸克偶素物理简介

第二章 LHC上重夸克偶素的产生

2.1 光子-质子散射过程

2.2 光子-光子散射过程

2.3 等效光子近似

2.4 其他产生方式

第三章双重夸克偶素在LHC上光致产生的研究

3.1 背景介绍

3.2 计算框架

3.3 数值结果和分析

3.4 本章小结

第四章总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 潘雪安

导师: 李刚

关键词: 重夸克偶素,光致产生

来源: 安徽大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 安徽大学

分类号: O572.33

总页数: 63

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