对撞机物理和量子色动力学若干前沿问题的研究

At the Large Hadron Collider (LHC) both the ATLAS and CMS collaborations have found a Standard Model (SM) Higgs boson like particle. It is promising that LHC can tell whether this particle is the SM Higgs boson or something else when the measurement precision increases and its properties are probed. Hence, it is important to investigate higher order QCD effects ( including fixed-order and resummation calculations ) on Higgs physics in order to improve the theoretical predictions and reduce the uncertainties. Moreover, we will investigate the method of calculating the next-to-next-to-leading-order(NNLO) corrections in the processes with color final states, especially how to deal with infred divergences in the NNLO calculation. Besides, we will study the high order QCD effects on the top quark physics, gauge boson interaction, supersymmetry particles, gravitons and dark matter productions in various popular models and perform the Monte Carlo simulation at lest at NLO QCD level (showing the discovery significance at 5σ level). We will also study the properties of triple gauge boson couplings and the relation of Higgs field and the cosmology.

LHC发现Higgs类型的粒子后，进一步深入研究Higgs类型的粒子的性质，确认其是否标准模型的Higgs粒子或是其它新物理模型的Higgs粒子，成为了当前粒子物理的热点问题。而对Higgs粒子在LHC上产生和衰变的精确理论预言是研究上述问题的基础，甚至是关键。这样，由于在强子对撞机上高阶QCD效应是预言任何事例的信号和控制其标准模型本底的关键，故我们将进一步详细考察Higgs粒子各种有关过程的高阶QCD效应，包括固定阶效应和软胶子重求和效应。此外，我们还将深入研究如何计算一般带色末态的QCD次次领头阶水平的观测量，特别是红外减除方法；并将进一步研究顶夸克和规范玻色子等有关观测量的高阶QCD效应；同时深入探索包括超对称，额外维和暗物质等在内的新物理模型在LHC上可能的信号，并给出其在5σ水平上被发现的可能性；还将重点研究三规范玻色子耦合的性质以及Higgs场和宇宙学可能的关联。

针对大型强子对撞机（LHC）上的精确观测量及可能的新物理信号，我们进行了深入系统研究。重点研究了顶夸克、Higgs粒子、规范玻色子对、额外维现象学，特别是考察了QCD的高阶效应（包括固定阶与重求和结果）及它对与顶夸克、Higgs玻色子、规范玻色子对、引力子及其他新物理粒子有关观测量的影响；同时，还重点对深度非弹中有质量的粲夸克产生，规范玻色子对的产生，Higgs粒子和规范玻色子联合产生和色六重态/反三重态粒子产生等问题进行了系统的QCD高阶效应研究。我们的研究成果主要包括：1. QCD固定阶NNLO及NLO水平的高阶修正；2. 横向动量分布以及近阈软胶子效应在NNLL水平上的重求和。在此基础上，我们进一步研究了上述高阶QCD效应对某些观测量在5σ水平上被发现或者被排除的影响，从而给出了QCD更高精度的理论预言。我们的结果表明，在多数情况下QCD的高阶效应对精确的理论预言十分重要，并显著地降低了理论预言对标度的依赖性。上述成果已被LHC的 ATLAS和CMS实验组多次采用。此外，我们还结合宇宙学实验进展，对粒子物理中可能的暗物质候选者及其在对撞机上的信号进行了研究，同时还研究了宇宙早期的暴涨模型和电弱相变的相关问题，我们的结果可以解释现有的宇宙学观测实验，结合对撞机的实验结果我们还给出了对有关模型参数的限制。