量子色动力学高阶计算方法研究

最近，李重生课题组在《美国物理评论快报》连续发表两篇论文，报告了他们在发展量子色动力学高阶计算方法这一国际高能物理界公认难点问题研究中所取得的最新成果。这些研究工作是李重生课题组先后分别和瑞士苏黎世大学博士后（现公司百人计划研究员）杨李林以及美国Southern Methodist 大学博士后高俊合作完成的。

顶夸克事例正被位于欧洲的大型强子对撞机(LHC)上的实验家们大量观测到。随着LHC亮度的增加，顶夸克的各种性质将被实验家们更加精确的测量，这对于检验标准模型和探索超出标准模型以外的新物理非常重要。因此要求理论家对顶夸克在的强子对撞机上的产生和衰变过程做出量子色动力学(QCD)的更加精确的理论预言。

对于顶夸克产生这类具有复杂色结构的过程，在量子色动力学中进行横向动量重求和一直有一个悬而未决的难点，即对初态与末态之间色干涉效应的处理。李重生课题组最近发表在美国《物理评论快报》（Physical Review Letters, 110, 082001, 2013）的工作首次发展了一个系统的框架，可用来计算这类末态带色过程中横向动量分布的软胶子重求和效应，并进而将这种方法应用于顶夸克对产生过程，对其横向动量分布给出了目前文献中最精确的量子色动力学预言。这些精确理论预言有助于解释最近在Tevatron对撞机上所观测到的顶夸克对产生中前后不对称性的实验结果与标准模型理论预言有较大偏离的可能起源。同时，对未来在LHC上通过测量顶夸克对不变质量分布来发现新物理信号也很重要。此外，上述横向动量重求和形式还为计算顶夸克对产生的次次领头阶QCD修正提供了一种新的红外发散减除方法，这将有助于完整计算顶夸克对产生的次次领头阶QCD修正，而后者正是当前LHC实验所急需的，也是量子色动力学中一个亟待解决的问题。这个工作已被《亚太地区物理通讯》列为“研究亮点”（Research Highlights）工作报道。在该项研究中，李重生教授博士研究生朱华星（现美国斯坦福大学国家加速器实验室博士后）、李海涛、邵鼎煜发挥了重要作用。

如何在 QCD 次次领头阶水平上计算顶夸克微分衰变率是国际上近20年来一直没有解决的问题。李重生教授和已毕业的博士生，现美国Southern Methodist 大学博士后高俊以及美国斯坦福大学国家加速器实验室博士后朱华星合作，基于QCD 软-共线有效理论，提出了消除相空间红外发散的新方法，从而在国际上首次给出 QCD 次次领头阶水平上顶夸克衰变中包括微分衰变率在内的所有观测量的完整预言。这个工作已发表在美国《物理评论快报》（Physical Review Letters, 110, 042001, 2013）上，被国际著名QCD专家、欧洲核子联合研究中心理论部 Alexander Mitov 在最近召开的国际学术会议的有关综述中评价为，它打开了一扇未来通向在QCD次次领头阶水平上精确预言顶夸克产生和衰变之门; 最近在美国召开的高能物理会议（Snowmass 2013）上，由美国M. Schulze等三位粒子物理学家的联合综述中，引用了上述两个工作，其中专门用了一页的篇幅介绍李重生教授课题组有关顶夸克微分衰变率的工作。