正负电子对撞机上双重味强子产生的研究

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本文为发掘在正负电子对撞机(特别是运行在Z共振峰附近的正负电子对撞机即Z-玻色子工厂)中可展开的有意义的实验物理研究,专注于显双重味(味道)介子Bc介子及其激发态和双重味重子产生的相关问题的研究,发现在Z-玻色子工厂上能够通过它们单举产生的不对称性,来检测粒子物理标准模型的电弱混合角sin2θw是否与味道有关。本文为了定量了解计算精确度,对在Z-玻色子工厂上Bc介子的产生进行了QCD的NLO计算,为了以后的实际应用,研究并给出了QCD的NLO的c和(b)到Bc和Bc*介子的碎裂函数。  本文基于非相对论量子色动力学有效理论(NRQCD)计算了显含味道双重味介子和双重味重子在正负电子对撞机上的产生,e+e-→Bc(Bc*…)+b+(c)和e++e-→+(Q)+(Q)(双重味两夸克态级联碎裂到重子→(QQq)+(q))等,给出了产生它们的截面以及对散射角或能量的微分截面。根据计算出的双重味强子的产生微分截面,我们发现产生的双重味强子微分截面的角度分布表现出了对正、负电子对撞方向有明显的前后不对称,如果入射正负电子束是极化的这些产生过程还有对入射正负电子的左-右极化的不对称性。这些不对称性是和Z-玻色子与费米子耦合中的粒子物理标准模型中的电弱混合角sin2θw直接关联的。基于这一发现,我们定量研究了在Z-玻色子工厂(运行在Z共振峰附近的正负电子对撞机)上检验当前弱混合角sin2θw的测量值是否与味道相关,以及研究显含味道的双重味介子及双重味重子的可能。根据理论计算指出只要对撞机的亮度达到~1035-36cm-2s-1或更高,开展相关实验是很理想的。  为了提高上述计算的精确性和降低计算结果对所选取的‘因子化’能标的依赖,本文对Bc及Bc*介子的产生计算到量子色动力学(QCD)的次领头阶(NLO),给出了NLO QCD精度的截面以及微分截面。结果显示,NLO QCD修正显著。在重整化能标取μR=2mb时,Bc和Bc*介子产生截面的K值(NLO精度结果与LO精度结果之比)分别为1.55和1.33。关于角度的微分截面在考虑NLO QCD修正后,在不同的散射角度处微分截面增大了几乎相同的因子。而对能量的微分分布曲线的形状在NLO QCD修正下有明显的改变。  最后,为了QCD理论计算相应产生过程的方便,本文计算了QCD NLO由(b)和c夸克碎裂到Bc及Bc*介子产生的碎裂函数。我们首先计算了在一个初始因子化能标处的初始碎裂函数,而一般地在其他因子化能标处的碎裂函数可以通过DGLAP方程的求解得到(初始碎裂函数是求解该方程的边界条件)。我们还将得到的碎裂函数结果应用到Z-玻色子工厂上的B。及Bc*介子的产生,并将结果与NLO的结果进行了比较。
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