自动化计算系统FDC的发展及其在大型对撞机物理中的应用

As the development of high energy experiment, the luminosity and energy of colliders, as well as the accuracy of the measurement have been gradually improved. This make it more and more important to include higher order corrections in theoretical predictions. But the complexity and difficulty make it necessary to do the the calculations with the help of computers. Meanwhile, in heavy quarkonium physics, the discrepancies between experiment measurements and theoretical predictions are still challenging our current understanding. On the other hand, after the discovery of higgs boson, the study on the properties of higgs boson and the search for new physics, have been the main targets of current and future large colliders. In this project, we will focus on above issues. Using perturbative field theory and tightly combined with latest experiment results, we will study on corresponding issues in large colliders with the help of automatic calculating system FDC. In the study, we will also improve and further develop FDC so that make it suitable for varies studies. This project will play an important role in examining and developing the Standard Model, and will deepen our current understanding of the basic law and structure of the microscopic world.

随着高能物理实验的发展,对撞机能量和亮度以及测量精度不断提高,这使得理论计算需要考虑高阶修正的情况越来越多，而其计算的复杂和繁琐，迫使我们不得不借助计算机来进行。同时，在重夸克偶素领域，实验测量与理论预言之前的差距还在继续挑战我们对当前理论体系的理解。而随着Higgs粒子的发现，对Higgs性质的研究，以及新物理信号的寻找，已成为当前以及将来大型对撞机实验的重要目标。本项目的研究将针对这些问题，用微扰场论的方法，紧密结合实验进展，应用自动化计算系统FDC，对大型对撞机上相关物理问题进行研究，给出科学的理论预言，与实验进行比对或者为实验提供指引。在研究过程中将继续对FDC进行发展和完善，以保证满足不同物理问题的研究需求。本项目对检验和发展标准模型、深化人们对微观世界的结构及基本规律的认识有重要意义。

随着高能物理发展，理论研究的精度要求不断提高。本项目的研究主要是用微扰量子场论的方法，紧密结合实验进展，在发展自动化计算系统FDC的同时，应用FDC对大型对撞机上相关物理问题进行研究。研究的具体物理问题主要是大型对撞机上的重夸克偶素产生相关过程、Higgs及新物理相关过程。因此本项目的研究结果可分为三个方面:.在FDC的发展方面，完成了在计算电弱次领头阶修正时对实修正过程的自动化处理，基本完成了模型的单圈自动化重整，也对虚修正计算中张量化简的算法进行了优化，这些是将来FDC实现单圈电弱修正自动化计算的重要组成部分。此外还改进了高圈计算中常用的sector decomposition方法的算法并将其实现在FDC中，这是FDC迈向高圈自动化计算的第一步。.在重夸克偶素方面，主要是根据最新实验测量结果，在考虑chi_b(3P)贡献的情况下重新研究了强子对撞机上Upsilon(nS)的产生与极化问题，发现考虑了该贡献后在QCD的次领头阶,当前的理论预言已经能较好的解释目前强子对撞机上Upsilon产生中包括极化在内的一系列实验数据。此外还对强子对撞机上J/ψ产生的非对角极化参数进行了研究，并结合实验结果重新拟合了J/ψ产生的色八重态矩阵元。应用这新拟合的矩阵元，QCD次领头阶的理论预言已基本能解释目前的极化测量数据。.Higgs粒子和新物理方面，主要是进行了2HDM模型下未来大型正负电子对撞机上Higgs和Z玻色子联合产生过程的次领头阶研究，并结合当前LHC的测量对2HDM参数的限制，以及考虑了Higgs两个主要衰变道的次领头阶修正，分析了次领头阶修正以及模型参数对未来对撞机上Higgs信号的影响。结果表明这影响在未来的Higgs工厂上是可分辨的，从而对未来Higgs工厂上Higgs的精确测量以及新物理的寻找有着重要的作用。