196ev质子-反质子evaron测量ppze

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d0检验组是由美国费米实验室国家实验室（fermilal）建立的一个大型实验平台国际合作组，用于评估大型实验平台tev的反质子对撞机。根据平台装置的巨大体积、施工和运营周期长以及需要进行的物理研究复杂性，d0实验组的科研组织形式是由多个单位进行的。合作组由18个国家、81家研究所、大学和650多名科学家组成。作为合作的成员单位，中国科学技术大学d0组的主要物理研究方向是高横向振动轻子带的新物理发现和对标准模型（sm）的精确检查。在合作组的指导下，我们领导了rr宇称破缺信号的新发现、rggs波前波前的地震补偿新信号的发现、标准模型电弱机制的验证和基本物理参数的测量。其中，对以太上汽装置d0上下汽装置上下汽装置的正、负电子-e.e.w，精确测试标准模型，确定基本物理常数的弱混合角sin2w，建立新的实验模式。这具有重要的物理意义。具体物理工作如下。1v-a相互作用弱混合角sin2θW与精细结构常数uf061、费米耦合常数GF、规范玻色子W±/Z质量参数一起,构成粒子物理标准模型描述SUW(2)×UY(1)电弱相互作用的基本物理常数,其数值必须由实验测定.其中,sin2θW表征了弱相互作用耦合强度,特别是,Z玻色子与费米子的中性流矢量-赝矢量(V-A)相互作用其中,I3与Q分别为基本费米子的弱同位旋第三分量及其电荷量子数.弱作用引起宇称不守恒,即破坏空间反射对称性.现象学上,V-A相互作用将在费米子2体散射过程中,引起前后不对称AFB(Forward-BackwardAsymmetry)分布:定义uf071为末态出射正粒子f2与初态入射正粒子f1之间的散射角,并称cosuf071>0(<0)为前向事例F(后向事例B),则可以定义前后不对称观测量其中,分别为前/后向事例的反应截面.如图1所示,正负电子对撞过程AFB测量值与其对撞能量存在依赖关系.需要指出的是,由于正负电子对撞机能量分立,图1中的所有数据点均为不同实验组在不同对撞能量下反复测量的结果.从图1中可以看到,在90GeV的Z-pole能区(LEP/SLD正负电子对撞机实验),V-A相互作用导致AFB数值近于0,而其变化斜率最大.因此,这一Z玻色子产生能区的AFB测量,对有效弱混合角sin2θW最为敏感.2轻早期阶次测量结果原有的sin2θW精确测量是在正负电子对撞机上,通过过程,对Z-pole共振峰能区的各种宇称不对称性分布细致扫描获得.现有最精确的测量来自于LEP/SLD正负电子对撞机实验(图2),其中,两项最精确的实验结果,即极化束流全轻子测量Al(SLD)与末态重味Bottom夸克之间存在标准偏差,这是在不同的物理过程中测量同一个基本物理参数.这一偏离引发了人们对标准模型精确检验问题的长期关注,同时人们亟切期望在第一代up-/down-轻夸克相关过程中,独立测量弱混合角.LEP实验是通过末态强子喷注过程的单举不对称性Qfbhad,测量了轻夸克相关有效弱混合角.但是,末态夸克强子化碎裂函数(Fragmentation)具有很大的理论不确定性,即带正电荷的强子喷注可以由第一代up-型正夸克也可以由down-型反夸克组成.夸克碎裂行为的固有不确定性,导致Qfbhad测量存在很大的系统误差制约了标准模型的精确检验:通过Qfbhad分布测量弱混合角的误差为±0.0012,而通过Al(SLD)分布测量弱混合角的误差仅为±0.0003.因此,需要不同于LEP/SLD的新实验,独立测量轻夸克相关弱混合角.3实验分析与结果我们首先提出、并承担了在Tevatron对撞机的D0实验平台上,通过末态e+e–电荷分布前后不对称性AFB分布,测量基本物理参数弱混合角.由于Tevatron质子-反质子对撞Drell-Yan过程中,夸克部分子能谱分布是连续的,因此,在同一实验中即可获得AFB的能谱分布.图3显示了,SM领头阶(LO)预言的Tevatron对撞机上AFB随散射不变质量能标变化的分布.重要的是,这一设想巧妙地利用了Tevatron上Drell-Yan过程,为LEP强子单举反应逆过程,而描述Tevatron初态轻夸克在质子-反质子中组份的部分子分布函数PDF(PartonDistributionFunction),其理论误差远小于LEP末态quark强子化碎裂函数的特性.实验分析选取高横动量e+e–双电子事例,扣除基于D0探测器模拟的SM本底、以及基于数据估计的QCDdi-jet本底,unfold反推出与具体实验设置无关、能够直接与理论预言对比的AFB能谱分布,并从中抽取与轻夸克相关有效弱混合角.这一分析的一个关键是,对数据及信号模拟中的电子进行能量标度与能量分辨率刻度,从而降低电子能标与分辨率不确定性在AFB能谱中引起的系统误差,使之小于PDF带来的理论误差.在系统研究D0电子重建及其能量精确刻度、QCD本底估计、电子电荷误判率等实验课题的基础上,我们完成了D0初期1fb–1数据分析.实现了在单一实验中,对轻夸克相关弱混合角sin2θW基本物理参数最精确的测量,0.2326±0.0018(stat.)±0.0006(syst.).成果发表在PhysRevLett上.这一物理结果被粒子物理数据表ParticleDataGroup2010收录,为其2010ReviewofParticlePhysics引用,作为高质量段轻夸克相关过程弱混合角测量一项新的实验输入结果,对弱混合角的测量结果综述见图4.4d0实验结果与lep/d-轻休克实验方法的比较Tevatron亮度升级后,D0电磁量能器ECAL出现与瞬时亮度之间的强关联,这一效应对AFB与sin2θW测量带来很大影响.我们承担了ECAL响应均匀性、电子能标与分辨率精确刻度,实现了对相应电磁测量系统误差控制在0.1%水平的物理目标.在此基础上,完成了D05fb–1数据分析,获得了Tevatron对撞机上e+e–末态AFB能谱分布,如图5所示.从电荷前后不对称分布中,我们测定了有效弱混合角sin2uf071eff=0.2309±0.0008(stat.)±0.0006(syst.).这是迄今为止世界上从轻夸克相关过程中,弱混合角sin2θW物理常数最为精确的实验测量,物理结果表在PhysRevD上.图6显示了D0物理结果与LEP/SLD实验Z-pole精确测量之间的比较.可以看到D0单一实验AFB轻夸克相关有效弱混合角测量结果0.2309±0.0010,其误差小于相应的LEP对撞机ALEPH,DELHI,L3,OPAL四个实验组Qfbhad合并结果0.2324±0.0012.同时,我们获得了对Z玻色子与u-/d-轻夸克耦合最为精确的二维测量(图7).5测量结果分析在1.96TeV质子-反质子Tevatron对撞机上,利用D0探测器,我们研究了过程