量子色動力學高階計算方法研究

最近，李重生課題組在《美國物理評論快報》連續發表兩篇論文，報告了他們在發展量子色動力學高階計算方法這一國際高能物理界公認難點問題研究中所取得的最新成果。這些研究工作是李重生課題組先後分别和瑞士蘇黎世大學博士後（現我校百人計劃研究員）楊李林以及美國Southern Methodist 大學博士後高俊合作完成的。

頂誇克事例正被位于歐洲的大型強子對撞機(LHC)上的實驗家們大量觀測到。随着LHC亮度的增加，頂誇克的各種性質将被實驗家們更加精确的測量，這對于檢驗标準模型和探索超出标準模型以外的新物理非常重要。因此要求理論家對頂誇克在的強子對撞機上的産生和衰變過程做出量子色動力學(QCD)的更加精确的理論預言。

對于頂誇克産生這類具有複雜色結構的過程，在量子色動力學中進行橫向動量重求和一直有一個懸而未決的難點，即對初态與末态之間色幹涉效應的處理。李重生課題組最近發表在美國《物理評論快報》（Physical Review Letters, 110, 082001, 2013）的工作首次發展了一個系統的框架，可用來計算這類末态帶色過程中橫向動量分布的軟膠子重求和效應，并進而将這種方法應用于頂誇克對産生過程，對其橫向動量分布給出了目前文獻中最精确的量子色動力學預言。這些精确理論預言有助于解釋最近在Tevatron對撞機上所觀測到的頂誇克對産生中前後不對稱性的實驗結果與标準模型理論預言有較大偏離的可能起源。同時，對未來在LHC上通過測量頂誇克對不變質量分布來發現新物理信号也很重要。此外，上述橫向動量重求和形式還為計算頂誇克對産生的次次領頭階QCD修正提供了一種新的紅外發散減除方法，這将有助于完整計算頂誇克對産生的次次領頭階QCD修正，而後者正是當前LHC實驗所急需的，也是量子色動力學中一個亟待解決的問題。這個工作已被《亞太地區物理通訊》列為“研究亮點”（Research Highlights）工作報道。在該項研究中，李重生教授博士研究生朱華星（現美國斯坦福大學國家加速器實驗室博士後）、李海濤、邵鼎煜發揮了重要作用。

如何在 QCD 次次領頭階水平上計算頂誇克微分衰變率是國際上近20年來一直沒有解決的問題。李重生教授和已畢業的博士生，現美國Southern Methodist 大學博士後高俊以及美國斯坦福大學國家加速器實驗室博士後朱華星合作，基于QCD 軟-共線有效理論，提出了消除相空間紅外發散的新方法，從而在國際上首次給出 QCD 次次領頭階水平上頂誇克衰變中包括微分衰變率在内的所有觀測量的完整預言。這個工作已發表在美國《物理評論快報》（Physical Review Letters, 110, 042001, 2013）上，被國際著名QCD專家、歐洲核子聯合研究中心理論部 Alexander Mitov 在最近召開的國際學術會議的有關綜述中評價為，它打開了一扇未來通向在QCD次次領頭階水平上精确預言頂誇克産生和衰變之門; 最近在美國召開的高能物理會議（Snowmass 2013）上，由美國M. Schulze等三位粒子物理學家的聯合綜述中，引用了上述兩個工作，其中專門用了一頁的篇幅介紹李重生教授課題組有關頂誇克微分衰變率的工作。