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[博士论文] 王超
粒子与原子核物理 山东大学 2017(学位年度)
摘要:希格斯玻色子和顶夸克对伴随产生机制是一种十分重要的希格斯玻色子产生机制,并且此产生机制迄今也没有被发现。因此寻找并发现此产生机制是一项非常吸引人的研究:不仅仅是第一次能够发现此产生机制,同时也可以测量希格斯粒子和顶夸克之间的Yukawa耦合作用。测量结果可以解答标准物理模型的一些基本问题,并且测量结果和标准模型预言结果的比较有可能揭示新物理的迹象。
  本论文主要探讨了利用三轻子末态寻找希格斯玻色子和顶夸克对伴随产生机制。在大型强子对撞机质心系能量为13TeV的对撞能量下,本论文利用在大型强子对撞机上的ATLAS探测器所收集到的积分亮度为36.1fb-1对撞数据进行物理分析。利用多变量分析(决策树)方法来对信号事例和本底事例进行有效的区分。对于主要的本底贡献-赝轻子背景事例,本论文采取了矩阵元方法进行评估。
  对于质量为125GeV的标准物理模型的希格斯玻色子,超过背景事例假设2.2倍标准差的事例数被观测到,预测结果为1.5倍的标准差。经测量,希格斯玻色子和顶夸克对伴随产生机制的产生截面为标准物理模型所预计结果的1.5倍,符合标准物理模型中与顶夸克的Yukawa耦合预言结果。
[博士论文] 张广义
粒子物理与原子核物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:矢量玻色子融合过程是标准模型中一个非常重要的过程,对此过程的研究具有很重要的物理意义。首先,矢量玻色子融合过程可以用来直接检验标准模型的电弱破缺机制。在标准模型中,如果没有希格斯粒子的存在,纵向极化的W或Z玻色子的散射振幅会随着能量的增加而无限制地增加,直至在TeV能量量级发生幺正性破坏。因此矢量玻色子融合过程可以为直接检验电弱破缺机制提供一个独特的方法。其次,矢量玻色子融合过程对新物理非常敏感。虽然在大型强子对撞机上已经发现了一个质量约为125GeV的希格斯粒子,但是这个所发现的粒子是否能完全保证矢量玻色子散射振幅的幺正性还不得而知,有可能需要新的共振态来共同保证矢量玻色子融合过程的幺正性。最后,如果新的共振态与费米子之间没有或者有很弱的耦合,那么矢量玻色子过程将会是寻找此类新共振态的一个主要衰变道。
  此论文分析了大型强子对撞机上ATLAS探测器所收集的质心对撞能量为13TeV的质子与质子对撞数据,通过矢量玻色子融合过程来寻找重的中性共振态。主要包括两个分析:一个分析是基于2015年所收集的积分亮度为3.2fb-1的对撞数据,在矢量玻色子融合过程qq→Rqq→l+vl-(v)qq(l=e,μ)中来寻找新共振态(R)。与标准模型的预言相比,没有观测到有明显的数据超出。因此对电弱手征拉氏量模型下五种新共振态的产生截面(σR×B(R→lvlv))设定了一个具有95%置信度的上限。另外一个分析是基于2015年和2016年所收集的积分亮度为36.1fb-1的对撞数据,在矢量玻色子融合过程口q→Xqq→WWqq→evμvqq中来寻找新共振态(X)。根据所测得的数据结果,在200GeV到3TeV的质量区间中没有发现此类新共振态存在的证据。因此对涵盖了标量、矢量和张量共振态的几种信号模型下的新共振态产生截面(σx×B(X→WW))设定了具有95%置信度的上限。
  本论文的研究是ATLAS实验上首次通过矢量玻色子融合过程,利用全轻衰变末态(ee,μμ,eμ),对多种理论模型下的标量、矢量和张量等新共振态类型进行寻找。并在ATLAS上首次对这些由矢量玻色子融合所产生的新共振态的产生截面设定了具有95%置信度的上限。
[博士论文] Tabassum Khan
粒子物理与原子核物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:At present, Standard Model (SM) is the most successful theory to explain the composition and interaction of the matter, and Quantum Chromo Dynamics (QCD) is the elementary theory of strong interaction in the framework of SM.The predictions of the QCD in the high energy regime have been extensively approved.However, QCD becomes invalid in the low energy regime due to the perturbative theory does not work in the case of the large effective coupling.Therefore, it is more important to study the hadron physics experimentally in the low energy regime, which is one of the main reasons that the Beijing Electron-Positron Collider (BEPCⅡ) operates at the center of-mass energy within 2.0 ~ 4.6 GeV.According to the current knowledge, a meson consists of quark and anti-quark pair, and a baryon consists of three quarks.In addition, QCD also predicts the existence of the exotic states, such as the glueball, hybrid, multi-quark and molecule states and so on.The Beijing Spectrometer (BESⅢ) is not only a general purpose magnetic spectrometer operating at BEPCⅡ, but also a worldwide unique detector running at the energy region of 2.0~ 4.6 GeV.Since successfully constructed in 2008, BESⅢ has accumulated the largest samples of J/ψ andψ(2S) in the world.The decays of J/ψ and ψ(2S) can provide not only the unprecedented opportunity for studying the hadron spectroscopy, but also the excellent laboratory for searching the exotic states and new physics beyond the SM.In 2003, a strong enhancement near the p(p) mass threshold, known as the X(p(p)), was first observed by the BESⅡ experiment in the radiative decay J/ψ → yp(p).It was later confirmed by the CLEO and BESⅢ experiments.In theory, X(p(p)) is assumed to be a baryonium, a multi-quark state or an effect due to pure final-state interaction (FSI), its nature has not been clarified yet.In addition, long time ago it was proposed that pφ production is well suited to search the exotic pentaquark candidate with hidden strangeness.Just in 2015, LHCb reported the observation of two charmonium pentaquark structures with the quark content c(c)uud in the pJ/ψ mass spectrum.Therefore, it is very important to search the pentaquark candidate with the quark content s(s)uud in the pφ or (p)φ mass spectrum.
  Using the data sample of 4.48 ×108ψ(2S) events accumulated with the BESⅢ detector, the decay ψ(2S) → p(p)φb is studied in detail via two decay modes φ K+K-and φ→ K0SK0L.The average branching fraction of ψ(2S) → p(p)φ is measured to be B(ψ(2S) → p(p)φ) =(6.33 ± 0.36[stat) ± 0.43(syst)) × 10-6 for the first time and the result has verified 12% rule very well.No significant enhancement near p(p) invariant mass threshold is observed and the upper limit on the branching fraction of B(ψ(2S) → X(p(p))φ)、B(X(p(p)) → p(p)) is measured to be 1.92 × 10-7 at 90% confidence level (C.L.).The mass spectrum of pφ and (p)φ are also studied but the evidence of the resonance Bφ is not prominent.
  In addition, at the present level of sensitivity, N-(N) oscillations probe intermediate energy scales, between the Electro weak and Grand unification theory scale.N-(N) oscillations have been performed in the past, both with free neutron beams and within nuclear environment in large underground detectors.The best limit on the characteristic time of oscillation derived from free neutron beam is τN-(N) > 0.86× 108s, from Institute Max von Lau-Paul Langevin (ILL) experiment at Grenoble, France.IfN-(N) oscillation exits, then (Λ-(Λ)) oscillation may also take place, as firstly proposed by K.B.Luk,and the possibility of searching for the Λ-(Λ) oscillations for coherent Λ(Λ) production, using quantum correlation to extract the oscillation parameters, in the J/ψ →Λ(Λ)decay process was firstly proposed by Xian-Wei Kang and Hai-Bo Li.Assuming no signal events for J/ψ → ΛΛ the estimated upper limit on R < 3.5 × 10-7 with one year's luminosity at BES-Ⅲ.In this thesis, a search for J/dψ → ΛΛ+ charge conjugation (c.c.) is carried out with huge data sample accumulated at the center-of-mass energy √s =3.097 GeV with the BESⅢ detector at BEPCⅡ collider, corresponding to 1310.6 million J/ψ events.J/ψ → Λ(Λ) channel is also studied to check the consistency of results and also for normalization to avoid some sources of systematic uncertainities.The branching fraction value achieved for J/ψ→ Λ(Λ) is consistent with BESⅢ already published value within statistical systematic uncertainty.The upper limit on the ratio of two oscillation possibilities is determined to be 5.95 × 10-6, which is slightly one order above the predicted value proposed by Xian-Wei Kang and Hai-Bo Li due to lower statistics.
[博士论文] Samuel Owusu
粒子物理与原子核物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:The Standard Model(SM)of particle physics has been a very successful model in terms of its effectiveness in explaining a wide variety of quantum field theory concepts as well as serving as a foundation theory for more exotic models that make use of extra dimensions,elaborate symmetries and hypothetical particles.The main deficiency of the Standard Model,however,is its inherent gauge hierarchy(a.k.a.naturalness)problem.This hierarchy problem arises from the divergence of the perturbation series expansion of the Higgs mass squared.In an effort to resolve the hierarchy problem,various models have been proposed.Prominent among such models are Supersymmetry(SUSY)models,String Theory models and the Extra Dimensions(ED)models.In the main,Extra Dimensions models come in two kinds:the Arkani-Hamed-Dimopoulos-Dvali(ADD)extra dimensions model and Randall-Sundrum(RS)extra dimensions model.
  The role of a bulk graviton in predicting the signature of extra dimensions through collider-based experiments is explored in the context of RS Extra Dimensions model.In this present study,gravity effects on Higgs production at the Compact Linear Collider(CLIC),using the Randall-Sundmm(RS)extra dimension model,are explored.In particular,the virtual Kaluza-Klein(KK)graviton effects on the e+e-→t(t)H process at centre-of-mass energies√s=2.5TeV and5TeV CLIC in the Randall-Sundrum(RS)extra dimension model up to the QCD next-to-leading-order(NLO)are studied.A detailed analysis of the correlations between the integrated cross section and the RS parameters(M1and c0)is also carried out.The relevant kinematic distributions of the final products in both the Standard Model(SM)and RS model are provided.It is found out that,depending on the colliding energy and the kinematic phase space regions,the internal exchange of the resonant RS KK-graviton generally enhances the SM integrated cross section and the NLO QCD correction can basically suppress the related LO transverse momentum and rapidity distributions of the final products.It is further observed that the NLO QCD correction makes peak shifts on the distributions of top-pair invariant mass predicted in both models,particularly at the√s=5TeV CLIC.It is concluded that the NLO QCD corrected predictions for the e+e-→t(t)H process in the RS model not only considerably differ from the corresponding ones in the SM,but also exhibit distinctive distribution performance unlike the corresponding LO results.It is therefore worthwhile exploring the effects of the RS KK-graviton resonance on the t(t)H production at the future multi-TeV CLIC.
  The main innovations of this research work are as follows:
  (i)In the current and future precision Higgs physics,study of the t(t)H production at CLIC up to the QCD NLO,which can not only help verify the Yukawa couplings of the Higgs boson,but also help explore the nature of the electroweak symmetry breaking(EWSB);
  Owing to the universal interaction couplings of the warped Kaluza-Klein graviton with the top quark pairs and Higgs boson,study of the e+e-→t(t)H process in the RS extra dimensions model can further probe the existence of the space's extra dimensions,as well as the TeV gravity and other new physics beyond the SM;Differing from the hadronic colliders like the LHC,CLIC as a multi-TeV collider takes advantages of the cleaner environment and lower background,thus precision study of the e+e-→t(t)H process within the RS extra dimensions model can be complementary to the high-energy searches at LHC and future HE-LHC.
[博士论文] 张亚腾
粒子物理与原子核物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:重夸克偶素物理对于了解微扰和非微扰QCD的性质,探讨微扰-非微扰过渡区域强相互作用的行为非常重要。由于粲夸克较重,基于夸克模型,粲偶素在非相对论极限下可以视为c(c)组成的束缚态。传统的夸克模型预测了一系列的粲偶素态,J/ψ,ψ',ψ"等,与实验上的观测一致。除了上述传统的粲偶素态,QCD理论也预言了一些奇特态的存在,例如胶子球、混杂态、多夸克态等。BESⅢ在粲夸克偶素能区的取数为寻找和研究这些新型强子态提供了良好的环境。
  过去十几年,一些新的类粲夸克偶素粒子,例如Y(4260)、Y(4360)、ZC(3900)、ZC(4200)等,相继被发现,但是,理论上对这些粒子性质的解释还没有定论。寻找和测量这些类粲夸克偶素粒子,将为理解它们的本质提供重要的实验信息。利用BESⅢ探测器上获取的亮度为5.2fb-1,质心系能量在4.009-4.6GeV区间的事例样本,我们首次测量了e+e-→π0π0ψ(3686)的玻恩截面,并求得与带电过程e+e-→π+π-ψ(3686)的截面比值,约为0.5,测量结果与理论预期值一致。对于低统计量能量点,我们估算了在90%置信水平下玻恩截面的上限值。同时,对四个大统计量点,我们研究了π0ψ(3686)质量谱的分布,在√s=4420MeV首次观测到一个显著增强的中性共振态。
  在低能区(√s=2.0-3.0GeV),BaBar合作组利用初态辐射方法测量了e+e-→γISRφπ+π-过程,并在φf0(980)质量谱上,约2175MeV附近,观测到JPC为1--的共振态Y(2175)。Y(2175)性质类似于在D(D)能区所观测到的Y(4260),Y(4360),理论上还没有给出很好的解释。我们利用BESⅢ采集的2.0-3.08GeV数据样本,采用分波分析方法,测量了e+e-→K+K-π0π0的玻恩截面。
  J/ψ的弱衰变对研究非微扰QCD理论和潜在的动力学机制,以及CKM矩阵的测量具有重要意义,但是相比较于J/ψ的强衰变和电磁衰变,由于分支比较小而很少被研究。利用BESⅢ在2009和2012年收集的世界上最大的(1310.6±7.2)×106J/ψ和(447.9±2.8)×106ψ(3686)数据样本,我们寻找味道改变的中性流(FCNC)过程J/ψ(ψ(3686))→D0e+e-+c.c,没有观测到显著的信号事例。在90%的置信度下,测量给出分支比上限为:B(ψ(3686)→D0e+e-+c.c)<1.4×10-7@90%和B(J/ψ→D0e+e-+c.c)<8.5×10-8@90%。其中,B(J/ψ→D0e+e-+c.c)比此前测量结果提高两个量级,而B(ψ(3686)→D0e+e-+c.c)为首次测量。
[博士论文] 凌刘生
粒子物理与原子核物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:2012年7月4日,大型强子对撞机上的ATLAS实验组和CMS实验组共同宣布发现了一个新的玻色子。目前为止的实验数据显示这个新粒子的属性是和标准模型Higgs粒子相符的。但要想确定该粒子是否为标准模型Higgs,需要更多的测量来确定其宇称、自旋和耦合等属性。目前,所有的高能物理实验结果都没有发现明显超出标准模型预言的迹象,标准模型取得了极大的成功。然而标准模型有着明显的缺陷,众多的新物理模型比如最小超对称模型、双Higgs二重态模型等被提出来。在标准模型有明显缺陷的情况下,对Higgs粒子耦合性质的实验检验成为寻找新物理的重要方向。其中,Higgs的自耦合是理解电弱对称自发破缺机制和Higgs机制的不可或缺的一环,因此对Higgs自耦合的实验检验是极为重要的。而三Higgs自耦合的实验检验必须通过双Higgs产生过程进行。
  大型强子对撞机上有四个主要的双Higgs产生道,它们是:胶子聚合(GGF)产生双Higgs过程gg→HH、矢量玻色子聚合(VBF)产生双Higgs过程q1q2→V*V*q3q4→HHq3q4、顶夸克对伴随双Higgs产生过程gg/q1q2→t(t)HH和双Higgs轫致辐射过程q1q2→VHH。在标准模型中,VBF产生双Higgs过程具有第二大的产生截面并且有着明显的信号特征:两个末态jet具有大的快度并且方向相反,分别靠近束流,末态的Higgs则主要分布在小快度、与束流垂直的区域。因此VBF过程在双Higgs的探测中起着重要的作用,是主要产生道,另外,VBF过程还可用来检验Higgs与规范粒子W和Z的耦合。
  本文系统性的讨论了对撞能量分别为14、33和100TeV的强子对撞机上VBF产生双Higgs过程,我们在讨论中考虑了标准模型和双Higgs二重态模型。精确的理论预言是实验检验的前提,对于强子对撞机上的物理过程,精确的理论预言需要包括QCD次次领头阶(NNLO)修正。首次运用结构函数方法分析了VBF产生双Higgs过程的QCD次次领头阶修正,该方法巧妙的克服了次次领头阶计算中的大量极其复杂的困难。文中讨论了QCD次次领头阶修正后总截面的能标不确定度、PDF不确定度和αs不确定度。数值结果表明QCD次次领头阶修正明显的减小了能标不确定度,因此是非常重要的。我们分析了总截面对三Higgs自耦合强度的依赖,结果显示该过程的总截面对三Higgs自耦合的强度具有非常强的依赖性。我们也提供了末态两Higgs粒子的横动量分布、快度分布、不变质量分布以及横平面夹角△φ分布。
  目前的高能物理实验没有发现任何标准模型预言之外的粒子,不知道比粒子物理标准模型涵盖更广,适用更高能标的理论是什么样子。在这种情况下,有效场理论提供了研究新物理效应的途径。有效场理论提供了研究新物理的模型无关的方法,可能的新物理效应通过满足规范不变的有效算符来研究。在考虑轻子数和重子数守恒的理论中,最低阶的是6维有效算符。研究了对撞能量为13和14TeV的大型强子对撞机上VBF产生双Higgs过程中6维有效算符的效应,数值结果包括了QCD次领头阶(NLO)修正。分析表明该过程的总截面对算符OΦ,2和OΦ,3有非常强的依赖,而-OBB和OWW在该过程中的效应很小。同时微分结果显示OΦ,2和OΦ,3会显著改变末态两Higgs粒子的不变质量分布、横动量分布和快度分布。还给出了Higgs衰变为底夸克对以后算符OΦ,2和OΦ,3效应的5σ发现区域和3σ排除区域。
  本论文的创新点如下:
  首次运用结构函数方法计算了VBF产生双Higgs过程的QCD次次领头阶修正,给出了该过程目前最精确的理论预言,并系统性的分析了总截面的能标不确定度、PDF不确定度和αs不确定度。数值结果表明QCD次次领头阶修正显著减小了VBF产生双Higgs过程总截面的能标不确定度。论文“Phys.Rev.D89,073001(2014)”在发表以后受到本领域粒子物理学家的较多关注和引用,目前他引超过20次。
  本文在QCD次次领头阶的精度上分析了未来超高能强子对撞机上的VBF产生双Higgs过程。结果显示未来的100TeV强子对撞机对于探测Higgs自耦合具有非常明显的优势,其上的VBF产生双Higgs过程截面是对撞能量为14TeV的LHC的近40倍。
  运用实验上常用的有效场理论方法,在QCD次领头阶的精度上分析了VBF产生双Higgs过程中可能的新物理效应。计算和分析表明六维有效算符OΦ,2和OΦ,3对该过程的总截面和不变质量、横动量、快度等微分分布均有显著影响。
[硕士论文] 石瑞
物理学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:本文利用CR-39固体径迹探测器对400 A MeV20Ne束流与C、Al及CH2靶作用弹核碎裂电荷变化反应总截面、弹核碎片产生的分截面、弹核散射角、弹核碎片的发射角及横向动量分布进行了实验研究,并将总截面实验结果与Bradt-Peter半经验公式、NUCFRAG2和PHITS模型进行比较。结果表明计算结果与理论模型及其它实验结果一致,弹核碎片产生分截面表现出明显的奇偶效应。还发现,对于相同的靶,弹核的散射角平均值小于碎片的发射角平均值,且散射角的分布宽度小于碎片发射角的分布宽度;碎片角分布的平均值和宽度随着弹核碎片电荷数的增大而减小。每核子的平均横向动量随着碎片电荷数的增大而减小。弹核碎片的横向动量平方积累分布可以用单一的瑞利分布很好地进行拟合。从横向动量平方的积累分布中得出弹核碎片发射源的温度参数,随着弹核碎片大小的增大,温度减小。
[硕士论文] 黄福娟
光学 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,纳米光学研究领域中的特异性材料受到了研究学者的青睐。因为,作为人工合成的新材料,特异性材料拥有自然界现存材料无法比拟的优良光学特性。某些材料可对入射电磁波完美吸收,这就是所谓的超材料薄层完美吸收结构。吸收结构都能在一定的波段实现对入射电磁波的完美、近完美吸收。那么,各种吸收结构实现完美吸收的原理是否相同就成为了研究的热点。在研究者掌握了各种吸收结构的吸收原理后,就可以根据该原理设计制造出符合特定要求的完美吸收结构。
  显然,更好性能的吸收结构得益于一些新材料的发展,石墨烯就是典型的代表。石墨烯是一种二维形式的碳结构。在石墨烯中,碳原子排列成蜂窝状的晶格。并且已经被科学研究证实这种二维形式的碳结构具有独特的机械、电磁、热学性能,这些特殊的性能将在学术研究和工业生产中得到广泛的应用,给其带来前所未有的改变。
  本文首先对完美吸收理论进行了比较全面、系统的阐述,并对现有的吸收结构类型进行了盘点。根据吸收结构两面介质材料相同与否,将其分成对称、不对称吸收结构两大类。然后再根据结构的特点进行细化分类,并对其各自的吸收原理进行了介绍。而后,给出了可能用在吸收结构设计中新材料—石墨烯的特性简介。其独特的优良特性可能会给新模型的设计带来意想不到的效果。
  文章的重点有两个部分:第一,根据吸收结构理论设计出了新的宽谱带吸收结构,使用可靠的专业仿真软件FDTD Solutions进行仿真并且给出了其仿真的过程。讨论了可能对吸收效果产生影响的各个参数,并给出其仿真结果。第二,设计出应用新材料石墨烯的新吸收结构,并提出利用等效T电路模型进行理论解释。理论推导给出了这个新的薄层吸收结构吸收物理机制的完美解释。由给出的仿真结果可以看出,吸收理论的分析结果与仿真结果达到了完美的切合。
[硕士论文] 吴琦
物理学 曲阜师范大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,实验上发现了大量的类重夸克偶素粒子,这类粒子的产生和衰变对于研究QCD的非微扰性质有重要意义。本文在中间介子圈模型和有效拉氏量方法等框架下,结合最新实验结果研究了几种类重夸克偶素的产生和衰变。本文介绍了粒子物理的发展历史和四种基本相互作用以及描述它们的理论。在研究方法部分,介绍了强相互作用的基本理论----量子色动力学,然后介绍目前处理低能物理和非微扰效应的有效场理论,最后介绍本文的研究方法----中间介子圈模型。
  本研究主要内容包括:⑴研究了Zc(3900)和Zc(4025)的轻强子衰变过程。实验上已经测量了Zc(3900)的质量、宽度、量子数以及主要衰变道等。在分子态的假设下,我们计算了Zc(3900)/Zc(4025)→VP(V代表轻的矢量介子,P代表轻的赝标量介子)的分支比,这在将来的上实验有可能被测量到。对于类粲偶素的强衰变,通常有三种主要的衰变方式:隐粲衰变、开粲衰变、cc-湮灭。前两种衰变方式伴随阈值效应,第三种是类粲偶素独特的特征。不论实验上没有观察到Zc(3900)→ωπ,还是理论上计算出较小的分支比,都显示Zc粒子的强衰变中cc-湮灭是有一定程度压低的。⑵研究了Υ(5S,6S)辐射衰变中Xb的产生,Xb是X(3872)在底偶素家族的伴随者。利用基于重夸克对称上的有效拉氏量研究再散射机制并计算了其产生率。我们的计算结果表明在合理的截断参数范围内α=2~3过程Υ(5s,6s)→γXb产生分支比的数量级是10-5。另外,我们也采用非相对论有效场理论计算了衰变分支比,两种方法的计算结果基本一致。
[硕士论文] 周柱
物理学 曲阜师范大学 2017(学位年度)
摘要:量子色动力学(QCD)被认为是描述强相互作用的理论。在高能区,耦合常数很小,微扰论仍然适用。然而在低能区,耦合常数变得很大,传统的微扰论不再适用,这使得微扰方法变得尤为重要。奇特强子态物理是粒子物理中一个重要的研究领域,奇特强子态的产生和衰变过程与微扰QCD和非微扰QCD动力学有密切关系,是研究和深入认识QCD的重要途径。最近几年,BES-III、Belle、BABAR和LHCb等实验组陆续观测到许多新的强子共振态。本文中,我们利用中间介子圈模型对其中的一些奇特强子态的产生和衰变过程中的耦合道效应等进行系统研究。
  本研究主要内容包括:⑴研究了同位旋守恒的隐底夸克偶素衰变Xb→Υ(1S)ω,其中Xb假设为X(3872)在底夸克偶素中的介子-介子分子候选者的对应者。由于Xb位于BB*阈值之下并且中性和带电底介子间质量差远远小于Xb的束缚能,同位旋破坏的衰变过程Xb→Υ(nS)л+л-可能被严重压低。我们利用有效拉氏量方法研究Xb→Υ(1S)ω的重散射机制并且计算衰变分宽度。结果显示Xb→Υ(1S)ω的分宽度约为几十个KeV。考虑到Xb的总宽度可能小于MeV量级的事实(类似于X(3872)),计算分支比可能达到10-2量级。这些隐底夸克偶素衰变模式对于实验中(特别是强子对撞机上)寻找Xb极其重要。同时,相关的隐底夸克偶素衰变的研究Xb→Υ(nS)r,Υ(nS)ω,BBr可能帮助我们加深理解Xb的结构。Xb的实验观测将有助于我们进一步研究奇特态谱并帮助研究重夸克对称有关的态的结构。⑵为了证实实验上观测到的Zb(10610)/Zb(10650)和Zc(3900)/Zc(4025)的分子态描述,探究它们的副本(在本工作中标记为Z(')QV)和相应的衰变模式是有意义的。我们利用味对称给出了Z(')QV的分析。利用基于重夸克对称的有效拉氏量研究了重散射机制并计算了同位旋守恒道Z(')QV→ηQV的分宽度。预测的ZQV→ηQV分宽度是MeV量级,其相应于10-2~10-1量级的分支比。对于ZQV→ηQV,分宽度是几百个KeV并且分支比约为10-3。将来的实验能检验我们对其衰变分宽度的预测并检验类重夸克偶素奇特态的分子态描述。
[硕士论文] 张凯
动力工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:耗散粒子动力学(DPD)方法是一种无网格粒子类数值模拟方法,能够有效的模拟介观尺度下的流体流动现象。与分子动力学(MD)相比,DPD是一种粗粒化的方法,由于一个DPD粒子中包含多个原子或分子,因而其计算效率更高,能在更大的时空尺度范围内对流体进行模拟。传统的DPD方法在模拟时,粒子在碰撞后系统的能量不守恒,因而只能对等温体系进行模拟,后来通过引入粒子的内能,实现了粒子间能量的传递,从而解决了这个问题。能量守恒的耗散粒子动力学简称为eDPD。
  论文的主要工作如下:
  本文采用能量守恒的耗散粒子动力学方法对poiseuille流动以及二维方腔内的导热问题进行模拟,实现对运动粘度以及热扩散系数的设定,验证了算法的准确性,证明其具有较高的精度。通过新建立的eDPD模型对肋片中的导热问题进行了模拟,得出了在三类不同的边界条件下肋片内的温度分布。
  接着通过引入布辛涅斯克假设来计算粒子受到的浮升力作用,对方腔及同心圆环中的自然对流问题进行了模拟,将结果与FV方法得到的结果进行对比,发现两者吻合的很好,证明eDPD算法可以正确地模拟不同几何模型中的自然对流问题且具有很高的精度。同时,本文还模拟了回形方腔内的自然对流问题,分析了瑞利数及内部方腔的位置对回形方腔内对流换热的影响。
  本文还研究了剪切力和浮升力共同驱动的混合对流问题,用eDPD方法模拟了带有移动驱动壁面和不同温度壁面的方腔内的流动与传热问题,发现eDPD方法能够准确的捕捉混合对流的流动细节,可以体现出不同大小和强度的环流圈区域。本文还研究了理查森数及低温壁面的位置对换热的影响,通过模拟可以看出理查森数及低温壁面的位置对方腔内的流动与换热具有比较大的影响。
[硕士论文] 王正贤
物理学;理论物理 东南大学 2017(学位年度)
摘要:在量子色动力学(QCD)自旋物理中,研究强子散射过程中与自旋相关的不对称度对于理解非平庸夸克和强子自旋结构来说是一项重要工作。实验上已经对非极化的Drell-Yan过程中的cos2φ方位角不对称度进行了测量。在π-核子碰撞过程π-N→μ+μ-X中,实验数据显示了大的方位角不对称度因子v值。这个结果不能被QCD中的领头阶的共线因子化解释。根据Boer提出的理论,两个Boer-Mulders函数的卷积可以给cos2φ方位角不对称度提供领头阶贡献,两个Boer-Mulders函数分别来自两个强子。Boer-Mulders函数是横动量依赖的分布函数,它描述非极化的强子中横向极化的夸克的分布。近年来,Boer-Mulders函数的计算已经被推广到π介子。非极化的π-N Drell-Yan过程为研究Boer-Mulders函数与cos2φ方位角不对称度的关系提供很好的途径。本文中,主要利用π介子的光锥波函数来计算π介子的非极化分布函数并计算π介子的Boer-Mulders函数。在计算Boer-Mulders函数时,考虑了Boer-Mulders函数的演化效应并在计算中利用了π介子的的光锥波函数的叠加积分。最后,在非极化π-p Drell-Yan过程的COMPASS实验组运动学范围内,给出了横动量加权的cos2φ不对称度的预测。
[硕士论文] 刘明珠
理论物理 西北师范大学 2017(学位年度)
摘要:量子色动力学是描述强相互作用的理论,截止目前研究表明强相互作用有三个很重要的性质:渐近自由,夸克紧闭,以及近似手征对称性和自发性破缺。直接根据QCD拉氏量难以得到强子谱。除了格点QCD能够计算强子谱之外,我们根据QCD的特性引入一些唯象的模型计算强子谱,其中最成功的是夸克模型,它将强子分成两类:重子和介子,其中重子是由三个夸克构成的,介子是由两个夸克构成的。盖尔曼用SU(3)味道群成功的解释了矢量介子和标量介子的八重态,以及重子的八重态和十重态,Godfrey-Isgur用夸克的相对论势模型成功的解释了基态以及激发态的介子的能谱以及它们的衰变。
  在过去的10多年中,随着实验的进步世界上各个知名的实验室相继报道了很多类粲偶素和类底偶素。由于目前不清楚它们的内部结构所以称它们为XYZ粒子,它们是由两个夸克和两个反夸克构成的隐粲四夸克态。除此之外,LHCb实验室于2015年在Mp的不变质量谱上观测到两个隐粲的五夸克态,Pc(4380)和Pc(4450)。这些多夸克态强子的发现为我们研究多夸克态提供了很有利的实验依据。为了研究这些四夸克态和五夸克态,很多理论模型尝试去解释它们,如单玻色子交换,单π交换,手征么正,以及手征夸克和QCD求和规则等。最早发现的X(3872)就有上千篇文章对它进行解释,但是到目前为止我们依旧还没有完全搞清楚它的本质。
  已经发现的多夸克态中,一部分有一个特性,它们的质量在两个粲介子或者底介子的阈值附近,这意味着这些态很可能是一些分子态。本文系统地研究了两个粲介子以及底介子组成的所有系统可能存在的束缚态,我们采用的是单玻色子交换模型,并且考虑所有可能做为传播子的介子,这些介子在传播过程中所起的作用是不一样的,其中p和ω介子主要是在相互作用过程中起短程作用,σ和η是起中程作用,而π是起到长程作用,由于η和η′两个介子之间有混合角,所以我们在计算中还考虑了η′的作用。根据形成氚核的经验,D波在形成束缚态的过程中贡献是比较大的,同样在本文中我们也考虑了S-D混合。通过计算我们和实验上发现的已知的几个多夸克态进行对照,发现义(3872)是DD*-+h.c的一个束缚态,Zc(3900)不是DD*-的束缚态,Zc(4020)不是D*D*-+h.c的束缚态。Zb(10610)不是B*B-+h.c的分子态,Zb(10650)不是B*B*-+h.c的分子态。
  以下是各个章节的内容:
  第一章:首先介绍了人类一直探索的物质基本结构的历史,和人类目前对于物质基本结构的认识,以及这些基本结构之间的相互作用力。其次介绍了研究这些基本相互作用的几个对称性,这些对称性对于我们研究问题起到简化的作用。再次介绍了在QED中很著名的Yukawa模型,它与我们单玻色子交换模型有非常大的联系。最后介绍了加速器和一些著名的实验室以及目前多夸克态的实验现状。
  第二章:由于目前我们发现的这些多夸克态有的有比较大的宽度,所以我们需要有方法可以同时计算它的质量和宽度。本文先后介绍了两种比较著名的方法,手征么正法和复标度方法,手征么正方法用于计算耦合道形成的共振态非常方便,但是它只能考虑基态系统,在本文中我们采用的是复标度方法来研究,它不仅可以计算S-D混合的系统,还可以计算耦合道的系统。
  第三章:首先介绍了研究多夸克态的多种方法和我们研究多夸克态的方法单玻色子交换模型。其次介绍了重夸克有效理论。再次介绍了推导两个介子之间的有效势能,并列出了我们研究的每一个系统中的有效势能。最后列出了每一个系统的数值结果,和实验上已发现的多夸克态进行对比,得出结论。
  第四章:对P-P系统’P- P*系统和P*-P*系统的计算结果进行了总结,与实验上发现的多夸克态进行了对比,并对未来多夸克态的研究充满希望。
[硕士论文] 白婷
粒子物理与原子核物理 山西大学 2017(学位年度)
摘要:在粒子物理与原子核物理研究领域,高能核碰撞是一个特别重要的研究课题,该课题主要研究碰撞过程中物质的演化过程及粒子产生的机制。物理学家预言,在碰撞初期会产生一种高温高密的新物态—夸克胶子等离子体(QGP)。高能核碰撞实验可以提供足够高的能量密度将核子融化,随着入射能量的不断提高,极大地增加了形成QGP的可能性。由于QGP仅存在于碰撞初期极短的一段时间,无法对其进行直接观测,可以通过碰撞所产生的末态粒子的研究间接获取到QGP的相变信号。实验上,科学家们建造了多种加速器用于该研究。其中,著名的是欧洲核子中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)和美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的相对论重离子对撞机(RHIC)。随着高能和超高能核碰撞实验的进行,关于不同物理量的实验结果越来越多,人们通过理论模型分析这些数据来获得碰撞系统中物质演化的信息。末态产物是一个多粒子系统,用统计的方法可以更直观的抽取出系统演化、粒子生成等相关信息。本文我们就应用改进后的多源热模型来研究LHC能区的末态粒子分布。
  本文包含两部分工作:第一,应用多源热模型分析质心能量为7TeV p?p碰撞和5.02TeV p?Pb碰撞中双强子的方位角关联。模型结果与实验数据基本相符,得到了发射源在动量空间的扩张和平移程度。研究表明,发射源的扩张和平移是导致末态强子的方位角关联各向异性的原因。第二,在多源热模型框架下,结合碰撞图像和Tsallis统计方法,分析了质心能量为7TeV、8TeV、13TeV p?p碰撞和5TeV p?Pb碰撞中J/?介子以及质心能量为8TeV p?p碰撞中?介子的横动量谱。为了检验模型的有效性,我们选取了不同能量、不同类型的碰撞系统和不同粒子进行了对比研究。模型可以很好地描述这些系统中的末态粒子的横动量谱。研究表明:发射源的温度T随着快度区间的增大而减小;反应系统的非平衡度q没有显著的变化。
[硕士论文] 周亦雄
理论物理 广西大学 2017(学位年度)
摘要:Λc+是粲重子的基态,他由三个夸克组成,一个重的粲夸克和两个同位旋对称的轻夸克。尽管粲重子Λc+早在1979年被MarkⅡ实验首次发现,只有大约60%的衰变道被发现,大部分的分支比的测量精度很差,还有很多理论预言的衰变道没有被发现。大多数激发态的Λc和∑c重子最终都要衰变到Λc+,而且大部分的Λb重子的衰变都与Λc+有关。因此Λc+的精确测量对于Λb,Λc和∑c的测量有着很重要的意义。粲重子的衰变对于研究强弱相互作用也是很重要的,因为Λc+作为最轻的含粲夸克的重子,他只能通过弱作用衰变,所以测量Λc+的衰变分支比对于理解他的衰变动力学以及检验非微扰的理论模型有着重要的意义。
  基于BESⅢ实验通过正负电子对撞在√s=4.6GeV处采集的积分亮度为567pb-1的数据,运用单标记方法测量了Λc+衰变到末态含∑+的一些强子衰变道,其中Λc+→∑+η'为首次测量,其他的各个测量结果与当今PDG的结果在误差范围内相吻合。
  与粲介子不同的是,在粲重子衰变中W交换过程既不是色压低也不是螺旋度压低的,所以W交换机制在粲重子的衰变动力学中扮演着重要的角色,他对于理解粲重子的强子衰变有着重要的意义。利用BESⅢ实验√s=4.6GeV的数据,通过双标记部分重建的方法,对Λc+→Ξ0K+以及Λ+→Ξ(1530)*0K+这两个只能通过W交换才能发生的过程的分支比进行了绝对测量,结果均好于世界平均值。
[硕士论文] 廖东豪
粒子物理与原子核物理 广西大学 2017(学位年度)
摘要:江门中微子实验(Jiangmen Underground Neutrino Observatory,简称JUNO)的主要物理目标是利用来自核电站反应堆的中微子振荡来测量中微子质量顺序。JUNO实验将在地下700米建造一个有效质量2万吨的液体闪烁体探测器用于探测反中微子,而且要求能量分辨率达到3%/√E(MeV)。为了达到这个能量分辨率,探测器对所用光电倍增管(PMT)提出了非常苛刻的要求,计划在探测器中安装约18000支20英寸PMT以及约34000支3英寸的PMT,以实现PMT光阴极覆盖率超过75%,同时也需要PMT具有高量子效率、能量分辨率以及低噪声等性能。另外,在液体闪烁体探测器外面的大水池中计划安装约2000支20英寸PMT作为水契伦科夫探测器,用于对宇宙线μ子作反符合。事例重建也依赖于探测器的最终性能,为了提高中心探测器事例重建的精确度,探测器对PMT的电荷分辨能力以及时间分辨率都有特定的要求。对于20英寸PMT来说,电子从光阴极到达聚焦极或第一打拿极的运动轨迹较长,容易受到地磁场的影响,从而将会降低探测器的整体性能,因此计划通过电磁线圈和高磁导率材料进行地磁补偿来降低地磁场对PMT性能的影响。
  本文建立了PMT测试系统包括光阴极性能和阳极信号测量系统。通过测量PMT光阴极光电流的方式,搭建了相对量子效率测试系统并进行了阴极量子效率研究以及均匀性扫描测试。针对PMT阳极信号的研究,搭建了机箱插件式以及桌面设备式的测量系统。电荷数字转换(QDC)插件式测量系统主要测量PMT的电荷谱、高压-增益以及电荷分辨率;桌面设备式的FlashADC(简称FADC)测试系统主要通过波形数字化仪(Digitizer)采集PMT阳极波形信号,根据实验要求提取波形的相关物理信息。本文进行了单光电子谱、增益以及电荷分辨率的测试,其中也对比了两套测试系统的测量结果。结果表明了QDC与FADC两套系统测试结果相对偏差小于10%。
  为了研究地磁场对PMT时间性能的影响,本文利用示波器采集PMT波形信号,通过波形处理法研究PMT在有无磁屏蔽条件下的时间性能,如渡越时间分散(TTS)、渡越时间(TT)。结果显示地磁场对时间性能影响很大,TTS与光电子数服从a+b/√Npe的关系。
  PMT外壳为脆性材料,如果PMT在制作、运输或安装过程中玻璃外壳遭受到磨损,PMT在强大的水压下很有可能发生内爆,因此PMT外部需要加保护罩以防止冲击波的产生和破坏。本文的最后一章全面地测量了几种透明材料的透光性能,结果发现有机玻璃的透光性能更好。
[博士论文] 许蓉
化学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:本研究对不同入射束流粒子诱发原子核乳胶反应产生粒子的两、三粒子关联作用进行了实验和分析。我们在实验中分别使用了经不同的相对论粒子入射束流辐照过的原子核乳胶迭。有关存在于靶核蒸发碎片和靶核反冲质子之间的两、三粒子短程关联,我们对于入射束流分别为12AGeV4He-粒子在水平方向照射的原子核乳胶迭并且与其中的AgBr发生相互作用的两、三粒子短程关联进行了实验和研究。实验数据展现了在发射角空间靶核碎片的两、三粒子关联性,这表明了所谓的独立发射现象的存在而并不支持蒸发模型。在方位角空间,实验数据表明了既有靶核蒸发碎片又有靶核反冲质子的较强的两粒子关联,而三粒子关联仅对于靶核反冲质子存在。对于入射束流粒子为12AGeV4He-3,AGeV16O-和1.7AGeV84Kr-分别与原子核乳胶发生反应所产生的两、三粒子的短程赝快度关联进行了实验研究,讨论了对标准化关联起关键作用的碰撞参数,靶尺寸大小。方位角空间的累积赝快度间隔分布和累积特性,赝快度分布宽度以及赝快度间隔分布的最大值通过实验所得数值得以分析。调查了在12AGeV4He,3.7AGeV16O和1.7AGeV84Kr束流粒子分别与原子核乳胶相互作用产生的相对论粒子间的两、三粒子短程方位角关联,并且论述了标准化关联关键依赖于碰撞参数,靶核尺寸。
[硕士论文] 陈平亮
核科学与技术 南华大学 2017(学位年度)
摘要:本文基于北京谱仪Ⅲ于2009年和2012年在质心系能量为3.686GeV处采集的总量约为4.48×108个的Ψ(3686)数据样本,对Ψ(3686)→Ω-(-Ω)+重子对衰变过程做了详细的研究。我们采用了单标记方法即只重建Ψ(3686)→Ω-(-Ω)+过程中的其中一个重子(-Ω)+(Ω-)与重建衰变过程中所有的中间态的遍举方法对Ψ(3686)重子对衰变开展了研究。单标记方法在很大程度上提高了事例的选择效率和信号事例的统计量,减少了统计误差和系统误差。我们测量Ψ(3686)→Ω-(-Ω)+过程的衰变分支比结果如下:单标记方法中标记Ω-分支比为(5.4±0.23±0.59)×10-5,标记(-Ω)+的分支比为(4.9±0.19±0.59)×10-5,遍举方法的分支比为(5.11±0.43±1.25)×10-5,其中第一项为测量到的中心值,第二项为统计误差,第三项为系统误差。
  本文测量了Ψ(3686)→Ω-Ω+过程的cosθ角分布系数,测量结果表明,标记Ω-与标记(-Ω)+的角分布系数在相同的数据样本中存在差异,还需要进一步的研究。分析了衰变分支比中系统误差,如:Ψ(3686)数据样本的事例总数、带电粒子鉴别、中间过程衰变的分支比的测定、拟合、顶点和次级顶点拟合、信号拟合、角分布系数α等不确定性因素对Ψ(3686)→Ω-(-Ω)+衰变过程的衰变分支比测量精度的影响。
[硕士论文] 刘振旗
凝聚态物理 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:检验标准模型的精确性和寻找超出标准模型的新物理是当前粒子物理学的主要任务。稀有 B介子衰变过程可以对超出标准模型的新物理给出严格约束条件。本文研究内容为在重子数和轻子数满足局域规范对称性的超对称模型(BLMSSM)下O572.33
  它是检测超出标准模型的新物理的一个重要过程。通过理论分析,画出B-→Xsγ的所有单圈费曼图。基于此模型的费曼规则,写出各个单圈费曼图的振幅。然后通过理论计算找出每个图的有效威尔逊系数,代入衰变分支比公式,得到解析结果。编写程序,扫描模型自由参数,找到对分支比敏感的参数。并利用实验和理论对参数空间进行限制。
  数值解析中,分析了耦合参数λ1和λ3对衰变分支比结果的影响。以及在特定的λ1和λ3之下, mZ对衰变分支比数值的敏感性。通过扫描参数空间,发现分支比对λ1和λ3十分敏感,随着耦合参数的增强而变大。在取适当的模型参数后,分支比的实验观测值对耦合参数的λ1和λ3给出的上限约为λ1/4π~0.09,λ3/4π~0.14。在此范围内,模型新增的中性规范玻色子质量mZ<1300 GeV,在将来的对撞机实验中存在被发现的可能。
[硕士论文] 谢鑫
理论物理 华中师范大学 2017(学位年度)
摘要:高能重离子碰撞可以产生极端高温高密条件,从而形成一种新的物质形态——夸克胶子等离子体(QGP)。QGP存在于宇宙大爆炸初期极其短暂时间内或者中子星内部极其稠密的冷夸克物质内,并在RHIC和LHC上被证实存在。因此,研究QGP的物质属性对于人们探索宇宙起源有着重要意义。不过QGP不能被直接观测到,而是在形成之后很快强子化,因而在探测器上我们观测到的是强子。本文中,我们着重研究了RHIC和LCH上p+A碰撞中领头强子(π0和η)产生,这可以帮助我们理解相对论重离子碰撞中的冷核物质效应,为理解QGP形成和属性提供一个比较的基准。
  在p+p碰撞中,根据微扰QCD理论的因子化定理,我们可以把单举强子产生的微分散射截面表述成三个部分的卷积:携带动量份额为xa的部分子在入射核子中的分布函数f(xa,μ2);部分子散射截面dσ/dt(ab→cd);动量份额为zc的夸克碎裂成h强子的部分子碎裂函数Dc/h(zc,μ2)。在本文的工作中,我们基于微扰QCD理论给出了领头阶和次领头阶的部分子散射截面。π0的碎裂函数采用AKK参数化形式,η的碎裂函数采用AESSS参数化形式。由于核是由大量核子构成,核子-核碰撞中强子产生不能看作是核子-核子碰撞的简单叠加,需要考虑冷核物质效应。对于p+A碰撞,我们采用了EPPS16中的核部分子分布函数,从而引入冷核物质效应对p+A碰撞中π0和η产额的影响。本文基于微扰QCD理论主要数值计算了RHIC和LHC能级下次领头阶核子-核子碰撞,核子-核碰撞中π0和η产生,核修正因子和η/π0产额比率随横动量的变化关系以及与之对应的物理量在中心快度区随快度的变化关系。
  本文的研究表明,核子-核子碰撞与核子-核碰撞中的η/π0产额比率在很宽的一个横动量区间重叠。即在大横动量区域,π0和η的产额几乎由夸克碎裂函数决定。核子-核子碰撞中的强子产生在中心快度去关于y=0对称,而核子-核碰撞中的强子产生存在向前快度区偏离或者向后快度区偏离。
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