在LHCb实验上精确测量弱混合角

The weak mixing angle is one of fundamental parameters in the Standard Model (SM). Precision measurement of the weak mixing angle, together with other SM fundamental parameters, could provide stringent test on the SM. Currently, the two most precise measurements come from electron colliders, which are differ by more than 3 standard deviations. Therefore, it is very important to measure the weak mixing angle at LHC. The LHCb detector is a single-arm forward detector, with unique detector acceptance and good muon identification, which has better sensitivity to the weak mixing angle. With these advantages, it is very important to perform the weak mixing angle measurement at LHCb...We are planning to use the collision data that collected with LHCb detector in year 2015 – 2018. The reconstructed Z->mumu events will be used to perform these analyses. The weak mixing angle will be measured by using the Z boson forward-backward asymmetry. Although the collected data sample is smaller than other experiments at LHC, the expected precision is close to the results from other experiments in the hadron colliders. We will also investigate the potential improvements for this measurement, which is aiming to the future measurement after LHCb detector upgrade. Besides that, we will also measure the Z angular coefficient, as these parameters can be used to test the QCD theory, also could test the gluon spin.

弱混合角是标准模型的一个基本参数，通过精确测量弱混合角，与其它基本参数一起可以严格检验标准模型。目前精度最高的两个测量值来自电子对撞机，相互偏离超过3倍标准偏差，亟待利用大型强子对撞机开展新的高精度测量。而LHCb探测器因为其独特的前向几何接收度和良好的缪子探测能力，其数据相比LHC上的其它探测器对弱混合角具有更高的灵敏度。LHCb弱混合角测量对大型强子对撞机LHC时代的电弱物理具有重要意义。.计划利用LHCb探测器在2015-2018年所采集的数据，对Z->mumu事例进行重建与分析，基于Z玻色子的前后不对称性来测量弱混合角。通过精确的缪子能量刻度、采用新方法研究部分子分布函数误差等措施，尽管统计量相对较低，预期仍能达到与LHC其它实验相似的测量精度，并为探测器升级后更深入研究奠定基础。此外，我们还将测量Z玻色子的角度参数，这些参数可以用来检验量子色动力学，并检验胶子自旋。

寻找新物理是粒子物理最前沿的任务之一，目前实验上尚未发现其存在的直接证据。随着大型强子对撞机质子-质子对撞数据的不断积累，对撞机物理进入了精确测量时代。弱混合角作为标准模型电弱理论中的基本参数，具有重要的物理意义。通过精确测量弱混合角，与其它基本参数一起可以严格检验标准模型，寻找新物理。对于弱混合角测量来说，目前精度最高的两个测量值均来自电子对撞机，相互偏离超过3倍标准偏差，亟待利用大型强子对撞机开展新的高精度测量。本项目主要研究内容包括弱混合角的测量和Z玻色子极化参数的测量。在项目执行期间，我们分别从以下几个方面入手，确保完成既定目标。我们和理论学家们一起，详细研究了LHCb数据对质子部分子分布函数（PDFs）的灵敏度，以及对PDFs全局拟合带来的影响，对未来LHCb实验上相关的电弱测量提供了指导性建议；根据上述研究，我们使用LHCb探测器在整个二期运行期间所获取的质子-质子碰撞实验数据，对Z玻色子的产生截面以及微分产生截面进行了精确测量，该测量不仅获得了前向区域的最精确结果，为PDFs的全局拟合提供了重要的实验输入，并且精确检验了理论预言值；在此基础上，我们对弱混合角相关物理量进行了测量，即Z玻色子的极化参数，我们首次在前向区域对该物理量进行了精确测量，取得了该区域最精确的实验测量值，并对多种理论模型预言值进行了精确检验。上述三个结果，均发表在国内外知名的学术期刊上，包括中国物理C、高能物理杂志、物理评论快报。并分别从理论和实验相结合有效降低PDFs误差、实验的精确测量提供全局拟合输入、对高阶产生子的检验方面给出了具体的方案和精确测量结果，在PDFs的全局拟合和标准模型的精确检验等方面具有重要的科学意义，并为后续的相关研究提供了重要参考。