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LHC上Z玻色子空间不对称性应用于核子结构分布(PDF)的相关研究

批准号:
12105275
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨思奇
依托单位:
学科分类:
强相互作用与强子物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨思奇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
利用Z玻色子到双轻子衰变过程的空间不对称性(AFB)进行质子结构分布(PDF)的研究,是近年来在LHC上形成的前沿热点方向。在LHC上,原本由弱作用主导的AFB会受到质子-质子对撞初态完全对称的影响,从而对质子中正反夸克相对能量分布具有高灵敏度,能够提供目前PDF global fitting中大部分实验数据难以直接提供的物理信息,具有重要研究价值。本项目计划对AFB应用于PDF fitting展开一系列研究。尤其在PDF和电弱物理的关联性问题上,将不局限于学界目前所关注的系统误差估计,而是重点研究如何能将AFB中的PDF与电弱部分解耦,从而极大降低关联性所带来的误差。同时,项目将研究如何利用AFB进行约束PDF中S夸克信息。还将对应用后的PDF在电弱精确测量上的误差进行预言,并研究如何在实验上更好地进行AFB测量。
英文摘要
Using the forward-backward charge asymmetry in the Z boson to dilepton progress to constrain the parton distribution functions (PDF), is an important topic in the past years at LHC. The observed AFB at LHC, which originally arises from the electroweak symmetry breaking, is affected by the fact that the proton-proton collision is spacial-symmetrical. As a result, the observed AFB has high sensitivity to the relative energy distribution between quarks and antiquarks in the protons. As the precision keeps being improved, AFB can provide information which most of the data used in the PDF global fitting could not cover. Due to the fact that AFB also has high sensitivity to the electroweak sector, there is inevitably strong correlation between the EW and PDF. Such correlation would cause bias in both PDF global fitting and electroweak fundamental parameter measurements. In this project, we will make a series of studies on how to use AFB in the PDF global fitting. For the most important part, we will not limited in trying to estimate the potential bias and systematic uncertainties, but searching for possibility to decorrelate the PDF and EW part in the AFB measurement, so that the bias can be significantly reduced.
本项目原计划目标是在理论唯像层面研究Drell-Yan过程中空间不对称性AFB中,初态质子结构部分与硬过程基本物理常数“弱混合角”之间的关联性,并寻找降低关联性的技术方法。至2024年结题时,本项目的研究成果远远超出了预期目标。首先,在研究过程中,申请人首次实现了Drell-Yan过程AFB任意阶严格参数化证明,并在此基础上,实现了初态质子结构信息与硬过程电弱计算的彻底解耦。这对于原计划中的关联性研究已经给出了最彻底的回答。与此同时,解耦过程中的质子结构信息被模型无关地参数化成了可直接实验测量的结构参数。而且,该参数被证明能够解耦u、d两种类型夸克,从而有希望直接对这两种类型夸克分别独立测量。这是过去经典质子结构实验从未做到的,也成为了继上世纪深度非弹性散射过程参数化后,质子结构领域产生的又一重要的结构参数。申请人同时利用质子-质子对撞和质子-反质子对撞数据,对上述工作中的新结构参数进行了测量,完成了高能标下首次实验区分观测价夸克u、价夸克d,以及它们的相对比例测量。测量发现d夸克分布在峰处明显高于当前理论预计,是质子结构研究领域重要的实验观测。..在此项工作的启发之下,申请人开始研究强子对撞实验上是否存在其它能够进行独特质子结构信息观测的不对称性。随后,首次提出双玻色子过程中的boost asymmetry,能够分别测量高、低动量比区域。..本项目直接产生了4篇重要的学术论文:Phys. Rev. D 106, 033001 (2022),Phys. Rev. D 106, L051301 (2022),Phys. Rev. D 107, 054008 (2023) 以及 Phys. Rev. D 110, L091101 (2024)。该项目所实现的成果及其物理意义已经远远突破了项目申请时预设的目标。
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