高亮度正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)上Bc介子的產(chǎn)生性質(zhì).pdf

1、本文在非相對(duì)論量子色動(dòng)力學(xué)（NRQCD）的理論框架下系統(tǒng)研究了Bc介子及其激發(fā)態(tài)在高亮度正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（如超級(jí)Z-工廠）上的產(chǎn)生性質(zhì)。由于共振效應(yīng)，當(dāng)正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的對(duì)撞能量取為Z0-玻色子質(zhì)量或其附近時(shí)，Bc介子產(chǎn)生的事例數(shù)將有極大的提高，這為我們研究Bc介子性質(zhì)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。
　　近期國(guó)內(nèi)部分理論物理學(xué)家提出建造亮度高達(dá)1034~1036cm-2s-1且對(duì)撞能量在Z0共振峰附近的正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)方案（超級(jí)Z-工廠）。結(jié)合

2、超級(jí)Z-工廠具體實(shí)驗(yàn)條件，本文在NRQCD理論框架下詳細(xì)討論了正負(fù)電子湮滅產(chǎn)生Bc介子的過程，*0)/|(e e Z bc cb，其中的(cb)-夸克偶素可處于顏色單態(tài)的S波態(tài)或P波態(tài)，或是處于顏色八重態(tài)的S波態(tài)，它們幾乎都可以通過電磁過程100％的衰變到基態(tài)Bc介子。利用NRQCD因子化公式，我們可將該過程的產(chǎn)生截面因子分為兩部分：一是微擾 QCD理論可以計(jì)算的短程部分，即硬過程*0/ee Z cb bc；一是非微擾但普適的長(zhǎng)程矩陣元

3、，表征自由夸克cb形成(cb)-夸克偶素的躍遷幾率。非微擾長(zhǎng)程矩陣元通常可由實(shí)驗(yàn)確定，但對(duì)于其中的顏色單態(tài)矩陣元可將它們與束縛態(tài)零點(diǎn)波函數(shù)或零點(diǎn)波函數(shù)的導(dǎo)數(shù)關(guān)聯(lián)起來，而后者可由位勢(shì)模型計(jì)算得到。對(duì)于硬過程振幅，我們將采用改進(jìn)后的振幅求跡方法來處理，由此我們得到簡(jiǎn)單及解析的振幅表達(dá)式。這相比于傳統(tǒng)的振幅模方方法是一個(gè)很大的進(jìn)步，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的方法由于夸克質(zhì)量的效應(yīng)很難得到解析結(jié)果。特別是，作為該過程的核心，本文利用振幅直接求跡方法，詳細(xì)討論了

4、Z0玻色子衰變產(chǎn)生Bc介子的過程，Z0|(cb)bc，的具體物理效應(yīng)。
　　除了計(jì)算這兩類過程的產(chǎn)生截面和衰變寬度，本文還估算了過程當(dāng)中涉及到的底夸克和粲夸克質(zhì)量變化所導(dǎo)致的不確定性，以及當(dāng)正負(fù)電子對(duì)撞能量偏離Z0共振峰時(shí)，所導(dǎo)致的產(chǎn)生截面不確定性。研究結(jié)果表明在超級(jí)Z-工廠實(shí)驗(yàn)條件下，每年可以積累大約104~106個(gè)Bc介子事例數(shù)。利用這些Bc介子事例，我們可以在實(shí)驗(yàn)上對(duì)Bc介子各種性質(zhì)進(jìn)行深入研究。超級(jí)Z-工廠無疑將成為除歐洲

5、核子中心大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)之外研究雙重味Bc介子的有用平臺(tái)。
　　基于理論計(jì)算結(jié)果，我們進(jìn)一步整理并撰寫了可用于事例數(shù)模擬的產(chǎn)生子程序BEEC。該程序按PYTHIA的格式編寫，作為一個(gè)外部程序，它可以方便的調(diào)用PYTHIA內(nèi)部過程及機(jī)制來處理產(chǎn)生的事例。該產(chǎn)生子程序利用RAMBOS以及VEGAS子程序來完成相空間的產(chǎn)生以及相空間的積分。我們提出了多種模擬事例產(chǎn)生的機(jī)制，如通過舍選法從帶權(quán)重事例中舍選得到不帶權(quán)重的事例，由此可借助PYT