强子对撞机平台上top夸克及其相关物理的研究

The detailed study of the top quark is one of the main subjects for high energy particle physics since it has been descovered by Tevatron. The top quark properties will be further probed during the LHC Run II. It is urgent that to improve the precision of the predictions for top quark properties. Our project will make a detailed study for the top quark and its related physical properties in hadron collisions. The top quark production and decay processes, the top quark charge asymmetry at the LHC and the accurate estimation for the top quark mass will be detailed study. We will apply the Principle of Maximum Conformality (PMC) to set the optimal renormalization scale, and then eliminate the renormalization scale ambiguities for higher-order QCD correction. Including the other corrections such as electroweak corrections, we can obtain accurate estimations for the top quark properties. The comparison of the accurate SM predictions with the data in hadron collisions will plays an important role for the test of the Standard Model (SM) and the search of the new physics beyond the Standard Model.

top夸克自从在Tevatron实验上发现至今，便一直成为高能粒子物理的主要研究内容之一。特别是欧洲强子对撞机LHC的运行，为精确研究top夸克物理提供很好的实验平台。因此，在理论上对top夸克物理的计算精度也提出了迫切的要求。本项目将对top夸克及其相关物理过程作进一步的研究，将计算top夸克相关的强产生过程和衰变过程；在LHC平台上研究top夸克的电荷不对称性以及top夸克质量的精确确定。对于过程的QCD高阶修正，我们将利用严格的最大共形原理（PMC）确定过程最优的重整化能标从而消除重整化能标的不确定性。同时考虑电弱等其他修正的影响，从而得到更加精确的理论预言。通过与对撞机平台上的测量值作详细的对比，将对标准模型的检验和寻找超出标准模型的新物理具有极其重要的意义。

由于top夸克具有很大的质量等特殊的性质，自从在美国Tevatron实验上发现至今，一直是高能粒子物理主要的研究内容之一。实验上，当前欧洲强子对撞机LHC正在运行，提供了丰富的关于top夸克性质的测量结果，为精确研究top夸克物理提供了很好的实验平台。在理论上对top夸克物理的计算精度也提出了迫切的要求。通过实验测量和理论预言的对比，对标准模型的检验和超出标准模型的新物理的寻找具有重要的意义。本项目对top夸克及其相关物理过程作进一步的研究。在项目执行期内，顺利完成了项目的研究目标，并取得重要的研究成果。截至目前共发表学术论文9篇。其中，国际权威综述期刊《Progress in Particle and Nuclear Physics》1篇、著名期刊《Physical Review D》上发表4篇、《European Physical Journal C》上发表2篇等。项目执行期间，项目组成员共参加国内外学术交流活动近10次。完成项目的主要创新点如下：（1）利用最大共形原理（PMC），我们实现了top夸克对强产生过程精确的理论预言，计算top夸克前后不对称性；（2）通过理论预言与实验测量在对撞能量7TeV和8TeV下进行对比，从而抽取得到可靠的top夸克的pole质量；（3）紧跟实验的进展，结合最新的对撞能量在13TeV下测量结果，得到对应的top夸克的质量；研究了top夸克的衰变过程；在正负电子对撞机平台上研究top夸克对产生截面的性质；（4）研究了与top夸克紧密相关的Higgs粒子、b夸克以及c夸克相关的性质 （5）提出了确定耦合常数的新方法，减小了理论预言来自QCD耦合常数不确定性的精度。该青年基金项目的顺利开展和结题，为申请下一个项目奠定了坚实的研究基础。