微扰量子色动力学方法及在强子对撞机的应用和暗物质的研究

紧密结合LHC上即将进行的实验，通过考察信号和背景的高阶QCD效应，包括在次领头阶水平的蒙特卡罗事例模拟及与parton shower的匹配，重求和方法以及次次领头阶效应的计算，对各种现有方法进行综合全面的比较，力图给出LHC上某些重要过程更加精确可靠的理论预言，从而有助于降低实验测量的不确定度。在研究中，尝试对现有方法进行改进和发展，最终期望能得到较好的系统方法来处理强子对撞机上的各种QCD效应，在理论上尽可能的提高精度，为实验测量减小误差奠定坚实的理论基础。结合天文学实验进展，对粒子物理各种可能的暗物质候选者的宇宙学性质和其在对撞机上的信号进行研究，尝试建立新的暗物质的粒子物理模型，解释现有的宇宙学观测实验结果并对其在对撞机上的信号作出预言。

围绕强子对撞机（LHC 和Tevatron）上的精确观测量和可能的新物理观测量，进行了深入系统研究。重点研究了顶夸克、Higgs、超对称、额外维等模型现象学，特别是考察了QCD的高阶效应对与顶夸克、Higgs玻色子、超对称粒子、引力子等有关的观测量的影响；同时，还重点对夸克接触相互作用诱导的双喷注产生，顶夸克的模型无关的味改变中性流过程，顶夸克衰变的运动学分布和顶夸克对产生小横动量区域微分分布等问题进行了系统QCD高阶效应研究。这些QCD的效应主要包括NNLO 及NLO水平的修正和横向动量以及近阈的软胶子重求和（NNLL）效应，并对某些观测量深入讨论了NLO QCD的效应对Monte Carlo模拟中在5σ水平上发现信号的影响，从而给出了高精度理论预言。我们发现，QCD的高阶效应，在多数情况下对理论的精确预言都是重要的，并可显著地降低理论预言对标度的依赖性。其中某些结果已为LHC的 ATLAS和CMS实验组采用。此外，我们还结合天文学宇宙线实验进展，对粒子物理各种可能的暗物质候选者的宇宙学性质和其在对撞机上的信号进行了研究，分别利用有效算符和构建新的暗物质粒子物理模型的方法，解释了现有的宇宙学观测实验结果并对其在对撞机上的信号做出了预言。