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1、2 0 0 5 年中国科学技术大学博士学位论文摘要包含强相互作用和电弱相互作用的标准模型( S M ) 在电弱能标的尺度下对于自然 属性的描述已经取得了巨大的成功。过去和当前的加速器，比如位于欧洲核子中心 ( C E R N ) 的L E P 和费米实验室的T e v a t r o n ，已经对它的正确性作出了验证。其中近 年来标准模型检验所取得的最大的成功之一就是1 9 9 5 年t o p 夸克的发现，然而模型 理论所预言的H 遮g s 粒子迄今为止尚未发现。人们相信标准模型是一种低能近似有效 理论，在T e V 能标下将有新物理出现。最小超对称标准模型f M S S M ) 是目前标准
2、模 型的一个最有吸引力的超对称扩充，它预言在lT e V 能标下将会出现标准模型以外 的新物理。本论文的工作集中在最小超对称标准模型( M s S M ) 框架下。T o p 夸克远远重于其他夸克，这对于揭示昧道物理、电弱对称性破缺以及标准模型 以外新物理等信息具有很大优势。2 0 0 5 年投入运行的L H C ，其对撞能量和亮度都比 以往对撞机有很大提高，每年可以产生1 0 7 个癌对事例，是探测新物理的一个良好 平台。F C N C 作为t o p 物理的一个重要内容，对它的研究将能够揭示新物理的重要 信息。在本文中，我们研究了t o p 夸克的F C N C 稀有衰变过程，对这个过程的
3、衰变 分支比给出了包含复参数M S S M 下的精确数值结果。这些计算结果对实验信号的分 析、新物理及其理论参数的确定都是非常重要的。我们计算了包含复参数的最小超 对称标准模型下t o p 夸克的味道改变稀有衰变t c 护的电g B 和超对称Q C D 贡献中 存在的C P 复参数效应。除了标准模型已有的C P 破坏机制即C K M 矩阵，我们着重 考察了最小超对称标准模型中存在的p 和A 。为复参数时对衰变分支比的影响。计算 结果一方面可以给出带复参数M S S M 下此过程的衰变分支比的精确数值结果，还可 以通过计算结果与实验信号的比对，对过程中相关的重要的理论复参数例如三线性 耦合参数A
4、 口给出相应的实验限制。M S S M 所预言的标准模型费米子的超对称伴随予 作为超对称粒子谱的重要组成 部分，在现在和未来的高能对撞机上尤其是直线对撞机上探测这些粒子将成为寻找 标准模型以外的新物理、验证最小超对称标准模型的一个重要途径。直线对撞机上 有两种超对称费米予对产生模式：正负电子对撞产生 疗和光子聚合产生 。后 者因为干净的本底、良好的信号以及相对较大的反应截面而成为探测超对称费米子 的一种理想方式。本篇论文中另一个重要内容是直线对撞机上光子光子聚合产生超对称赞米子对过 程的电弱和Q C D 辐射修正的量予效应的研究。在树图阶上，直线对撞机上光子光 予对撞模式产生超对称标量费米子的
5、反应截面比相同条件下正负电子对撞产生的截 面要高一个量级。由于理论上一般认为第三代标量夸克和轻子的质量较低，在当前 及未来的对撞机的能区有可能被首先观测到，因此我们着重讨论了直线对撞机上光 子聚合生成第三代标量夸克和轻子的过程7 7 一， ，i ( ，= ，6 ，7 ) 的完整一圈电弱和 Q c D 辐射修正的量子效应。计算结果表明予过程，y 7 一，i ( ，= t ，6 ，r ) 和母过程管I I I 页2 0 0 5 年中国科学技术大学博士学位论文e + e 一一7 7 一 ，l ( ，= t 】6 ，7 _ ) 的完整0 ( Q 。) 电弱相对修正大部分基本在1 0 一3 0 ， 在某
6、些极限参数条件下，电弱修正还相当大，尤其是在高竹和e + e 一对撞能量上。 而s q u a r k 对产生过程的完整o ( a 。) Q c D 修正在我们的参数条件下相当大，在某些 阏值附近或者相对极端的参数条件下，相对修正还可以更大。总之，未来直线对撞 机上光子光予对撞模式产生超对称标量费米子对是产生和探测标量费米予的一种十 分理想的选择，并且对于研究M S S M 下的某些耦合参数及其耦合特性十分有利，因 此有必要考虑其完整一圈贡献的量子效应。总的来说，本论文有如下几点创新：与以往的C P 守恒S M 模型及M S S M 模型下的t o p 夸克F C N C 衰变研究相 比，我们
7、在本文中的计算将M S S M 中的复参数效应考虑进来，是在更普便的参 数情形下的理论预言。通过计算C P 破坏复参数对过程z c h o 的电弱和Q C D 贡献的分支比的影响，丰富了此过程在M S S M 模型下的理论预言。在未来的对 撞机上所积累的该衰变事例与理论预言的对比，将有助于我们对标准模型以外 的新物理做出更加精确的限制，有可能对具体模型下的t o p 物理以及C P 新物 理做进一步的检验或排除。本论文研究了超对称费米子的对产生，首次计算了M S S M 下直线对撞机上光 子光子聚合产生超对称费米予对的完整一圈电弱和Q C D 的修正效应。由于 R - p 撕t y 守恒理论要
8、求超对称粒子只能成对产生，因此直线对撞机上的超对称 费米子的产生模式只能是如下两种_ ：二 e + e 一一 ，j ，w 一 ， ( i ，J = l ，2 )我们对w 一五 的完整一圈辐射修正的计算对当前及未来对撞机上探测超对 称费米子有重要的理论指导意义，对于检验标准模型以外的新物理如M S S M 下 的某些耦合参数如A f 的耦合特性提供了新的思路。由于实验上检验结构常数的精度不断提高，对M S S M 下的电荷重整化理论也有 不断的发展。在我们的论文中，考虑到轻夸克和轻子的质量m ，远小于重整化 能标0 而导致对电荷抵消项中有一个贡献很大的l o g 项，即( 譬) 7 一嘉t e
9、2 ( 扎g 焉，中的l o g Q 2 m ；，这些贡献很大的l o g 项使得以往的微扰计算的精确性受到影 响。为了提高徼扰论序列的收敛速度，我们采用新的电荷重整化思想，将抵消 项中的这些大l o g 项提出而取结构常数在m z 处的值为输入参数进行计算。第页2 0 0 5 年中国科学技术大学博士学位论文A b s t r a c tT h es t a n d a r dm o d e l ( S M ) h a 8b e e ns u c c e s s h di 工1d e s c r i b i n gt h es t r o n g ，、矿e a ka n d e l e c t
10、 r o m 8 9 n e t i ci n t e r a c t i o np h e n o m e n aa tt h ee n e r g ys c a l eu pt o1 0 2G e V ，F t o mt h ep a S tt h i r t yy e 缸8t on o w ，t h ea c c e l e r a t o r ss u c ha st h eL E Pa tt h eC E R Na n dt h e T e v a t r o ni nF e r m i o nL 8 b h 8 v e 甜r e a d yt e s t e dt h eS Mp
11、r e c i s e l v |O n eo ft h eE r e a t e x p e r i m e n t 出a c h i e v e m e n t s0 ft h eS Mi st h ed i s c o v e r yo ft h et o pq u 盯ki n1 9 9 5 ，b u tt h eH i g g s ，w t l i c hi st h e 蝉t i c l ep r e d i e t e db yt h eS M l h a en o tb e e nf o u n d e dy e tt i l ln o w P e o p l eb e h e
12、v et h a tt h eS Mi sj u s tt h ee 珏b c 七i v et h e o r ya 土t h el o w e re n e r g ya n dt h e n e wp h y s i c ss h o u l da p p e a ra tT e Ve n e r g ys c a l e T h em i n i m 越s u p e r s y m m e t r i cm o d e l ( M S S M 】i s0 n eo f t h ee X t e n s i o I l s t h eS M A tp r e 8 e n t ，t h e
13、M S S Mi sr e g a r d e da so n eo ft h em o s ta t t r a c t i v ee n t e n 8 i o n so fS M T h eM S S Mp r e d i c t st h a tt h en e wp l y 8 i c sb e y o n d S Mw o u l da p p e a ra ta b o u t1 ，I b V T b pq u a r ki sm u c hh e 8 v i e rt h a 且o t h e rq u 盯k s ，a n dt h i 8m a k e si tt oh a
14、et h eE r e a t a _ d v a n t a 职i ns t u d y i n 焉t h ef l a o u r _ p l l y s i c s ，t h ei n f o r m a t i o n so ft h ew e a ks y m m e t r i cb r e a k i n Ea n dn e wp l l y s i c 8b n dt h eS Me t c，T h eL 盯g eH a r d r o nC 0 1 1 i d e r ( L H C lw i l lp u ti n t o0 p e r a t i o ni n2 0 0
15、7a n db o t hi t sc o l l i d i n ge n e r E ya n d1 u m i n o s i t yh a v eb e e ni m p r o v e dg r e a t l yc o m p 盯e dt 0t h ep a s tc o l l i d e r s T h eU Cc a np r o d u c e1 0 7 癌p 越rp e ry e a r ，s oi t i sa9 0 0 dp k f o r mf o rp r o b i n gn e wp h y s i c s T h eF 1 a v o u rC h a n
16、舀n gN e u t r a lC u r r e n t ( F C N ，a sa I li m p o r t a n tc o n t e n to ft h et o pp 1 1 y s i c s ，c a np r e s e n ts o m ei m p o r t a 】1 ti n f o r m a t i o n sa b o u tn 【en e wp h y s i c s I nt h i st h e s i 8 ，w es t u d yt h et o pq u 趾kr a r ed e c a ya n dg i v et h en u m e r i a lr e s u l t so ft h ed e c a yb r a c hr a t i o T h i sr e s u l t 8 、村Ub el l s e f u lf o rt h ea n a l y s i so ft h e 唧e r i m e n ts i
