大型强子对撞机上双光子产生过程中的光子孤立效应

The Large Hadron Collider is the largest collider in the world. The general purpose of the LHC is to find the Higgs boson and look for new physics. Based on the 2011 and 2012 experiment data, the CMS and ATLAS collaboration have discovered Higgs boson with about 125GeV mass. Within various decay channels of 125GeV Higgs boson, the diphoton signal for Higgs search has been well investigated. The diphoton final state is significant for the analysis of Higgs physics, as well as to searches for new physics, such as models of universal extra dimensions, gauge-mediated SUSY breaking and so on. Measurement of diphoton production cross section offers an important test of both perturbative and non-perturbaive quantum chromodynamics(QCD). After the improvement of experiment precision, the high precision theoretical predictions are indispensable in order to analyze Higgs and new physics at the same accuracy. We present the NNLO QCD corrections to pp → γγj production at hadron colliders. We will compare different photon isolation criteria and perform a detailed study of the dependence of the cross section on the isolation parameters. Moreover, the scale uncertainty will be investigated. And we will try to explore the new isolation criteria. These investigations will be helpful for the Higgs analysis, new physics and QCD testing.

大型强子对撞机是目前为止，世界上最大的粒子对撞机。其主要目的之一是寻找Higgs粒子和新物理。CMS和ATLAS合作组联合2011年2012年的数据，发现了质量约为125GeV的Higgs粒子。在其衰变道中，双光子的衰变信号备受关注。双光子末态不仅对Higgs物理有重要意义，对新物理的寻找也至关重要，如额外维理论、超对称模型等。它同时还是QCD理论的重要探针。随着实验精度的提高，为了在相同的精度上进行物理分析，高精度的理论必不可少。本项目通过引入NNLO的QCD辐射修正，提供更高精度的理论预言，着重分析光子的孤立方案以及所带来微分截面的变化，以及对标度的不确定性等的研究，并探索新的孤立标准。为对Higgs物理的正确分析和深入理解，对新物理的探究，对QCD理论的检验等提供理论支撑。

大型强子对撞机上希格斯粒子的发现，使粒子物理学标准模型（SM）更加完善。但是，标准模型很难被认为是一个终极理论，因为它不能解释天文学上证明存在的暗物质和暗能量是什么，也不能解释宇宙中正反物质不对称等现象。同时，标准模型还有真空稳定性问题、自然性问题等等。有趣的是，大多数线索都指向希格斯场。作为质量起源的希格斯粒子，它在探索物理基本原理中扮演着十分重要的角色。因此，精确测量希格斯粒子的性质是当今高能物理界的热点和首要任务之一。光子作为希格斯粒子衰变产物之一，其高精度高纯度的鉴别对发现希格斯粒子、探究希格斯粒子的性质均起着重要的作用。本项目主要基于高粒度量能器对光子新的孤立方案等光子鉴别问题进行的探索，发现可以通过时间信息的引入，提高低能光子的鉴别效率等，相关结果受邀于前沿高能量量能器会议(CHEF2019)上报告，得到了同行们的关注和讨论，目前结果正在准备发表中。与此同时，相关的光子重建鉴别等结果被纳入我国预研的环形正负电子对撞机概念设计报告中，为我国新一代对撞机的研制做了贡献。此外，随着实验精度的提高，高精度的理论也必不可少。因此本项目也引入了NNLO的QCD辐射修正，提供更高精度的理论预言。基于大型强子对撞机上的双光子过程，分析了光子的孤立方案及其所带来的截面变化。结果表明相比于NLO，NNLO阶的截面受参数的影响更大，孤立参数引起的不确定性和标度引起的不确定性相当。此外还测试了在不同质心能量下，分别基于CMS和ALTAS实验，NNLO水平总截面的大小。这些结果将为理论和实验的详细对比提供支撑。另外，本校为本地应用型特色大学，为结合学院学科发展需求和规划，积极参与了量子光学、功能材料学等方面的合作，寻求学科交叉与应用。这为粒子物理学在本校的发展提供了支撑。