Теоретическая поддержка экспериментов на ЛЕП по прецизионной проверке стандартной модели

• Автор: Бардин, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 57 с. : ил.; 20х15 см

Актуальность темы. Начиная с 1989, CERN-овский ускоритель LEP поставлял 4-м детекторам коллабораций ALEPH, DELPHI, L3 и OPAL пучки е+е-высокой интенсивности. До 1995 года LEP работал при энергии Z резонанса, поставив около 150 обратных пикобарн интегральной светимости каждому детектору, что дало возможность зарегистрировать около 17 миллионов Z событий. Эта огромная статистика обеспечила беспрецедентную точность измерений Z резонансных наблюдаемых, порядка 10_3 или лучше. С 1995 года LEP работал при энергиях выше Z резонанса, достигнув в 2000 году 105 ГэВ на пучок. При этом LEP поставил более 750 обратных пикобарн каждому детектору, что превышает проектные цели. Поэтому, даже в области высоких энергий, где нерезонансные сечения малы, точность измерений превысила 1%.
Эта высокая точность измерений бросает вызов теоретикам — рассчитать соответствующие наблюдаемые с теоретической неопределенностью в несколько раз лучше экспериментальной, чтобы не вносить дополнительную систематику и в полной мере использовать высокую точность измерений для прецизионной проверки теории. Необходимый аппарат создавался во второй половине XX-столетия, начиная с пионерских работ S. L. Glashow, S. Weinberg и A. Salam, опубликованных в шестидесятые годы и заложивших основу Стандартной Модели фундаментальных взаимодействий элементарных частиц.
В семидесятые-восьмидесятые годы, широкое сообщество теоретиков создавало математический аппарат для прецизионных расчётов в физике высоких энергий, что нашло признание мировой научной общественности в факте присуждения Нобелевской премии по физике 1999 года голландским физикам G. t’Hooft и М. Veltman “за прояснение квантовой структуры электросдабых взаимодействий в физике..., за помещение физики частиц на строгую математическую основу”.
Все эти факты позволяют заключить, что в течение последних десяти лет окончательно сформировалась новая научная дисциплина — прецизионная физика высоких энергий — РНЕР (Precision High Energy Physics), имеющая две составляющие: 1) собственно прецизионные измерения при сверхвысоких энергиях, и 2) поддерживающие их теоретические расчёты. Настоящая диссертация принадлежит ко второй составляющей РНЕР; она посвящена прецизионным расчётам физических наблюдаемых в процессах е+е'-аннигиляции при энергиях ускорителя LEP.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Схема перенормировок на массовой поверхности (OMS) в унитарной калибровке; [1], [2], [3], [4] (64) [5] (128), [6] (5).
2. Полные одно-петлевые электрослабые поправки к Z резонансным наблюдаемым; [7], [8] (308), [9] (62), [10] (94), [11], [12] (277), [13] (102), [14] (49), [15].
3. КЭД О [а) поправки на языке flux-функций для полного сечения, асимметрии вперёд-назад и углового распределения в е+е- аннигиляции; [16], [17] (51), [18] (14), [19] (8), [20] (251), [21] (184), [22] (24).
4. Создание программы ZFITTER аккумулирующей наши собственные результаты и весь мировой опыт в этой области; [23], [24] (51), [25], [26] (17). [27] (24), [28].
5. Внедрение и поддержка в течение многих лет программы ZFITTER в цепи обработки данных в коллаборациях LEP и SLC; [29], [30], [31], [32], [33] (15), [34] (13), [35] (19), [36], [37].
6. Аналитический подход к описанию четырех-фермионных процессов в древесном приближении с учётом КЭД поправок в начальном состоянии методом flux-функций; [38], [39] (55+11), [40] (50), [41] (43), [42] (4), [43] (4), [44] (37), [45] (25), [46] (1), [47] (24), [48] (13).
7. Создание программы GENTLE аккумулирующей наши собственные результаты в области четырех-фермионных процессов; [49], [50] (34).
8. Внедрение и поддержка в течение многих лет программы GENTLE в цепи обработки данных в коллаборациях LEP; [51] (51), [52] (14), [53] (6),[37].
9. Обзор современного статуса в области РНЕР в монографии “The Standard Model in the Making”, написанной совместно с G. Passarino [54].
Практическая ценность. В течение всех лет работы ускорителя LEP, результаты вошедшие в диссертацию широко использовались для анализа данных, в первое время только в коллаборациях DELPHI и L3, а вскоре и всеми четырьмя коллаборациями ALEPH, DELPHI, L3 и OPAL, а также коллаборацией SLD в SLAC’e. Программа ZFITTER является базовой программой для фита экспериментальных данных и определения параметров Стандартной Модели и используется как всеми коллаборациями, так и группой, занимающейся объединением всех мировых данных (LEP electroweak working group — LEPEWWG). В частности, программа ZFITTER используется для получения широко известных
‘Цифры в круглых скобках (после ссылки и квадратных) указывают число цитирований данной работы, зарегистрированное QSPIRES на 31 августа 2000г.

Наконец в работах [39], [43] и [48] этот полу-аналитический подход был распространён на описание ISR в процессах ССОЗ и NC08, и также привёл к довольно элегантным фомулам записанным в виде трёхкратных интегралов по инвариантным переменным s',Si и s2.
Все эти результаты лежат в основе программы GENTLE, широко использовавшейся в рамках CERN-овских рабочих совещаний [52] и [53],
4.3 Применение программы GENTLE для анализа двух-фер-мионных процессов
В последние два года программа GENTLE получила второе рождение в рамках рабочего совещания в CERN’e в 1999-2000гг.
NC32 ветвь программы GENTLE была адаптирована для вычисления вклада ненаблюдаемых фермион-анти-фермионных нар от четырех-фермионных процессов в двух-фермионный сигнал. Таким образом, программы ZFITTER и GENTLE объединились в тандем для прецизионных расчётов при энергиях LEP2. Полученные этим тандемом результаты детально представлены в отчёте [37].