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研究生： 劉嘯青
Siao-Cing Liou
論文名稱： 在強子對撞機產生 Z' 的探討
On the Extra Z Boson Production at Hadron Colliders
指導教授： 張維甫
We-Fu Chang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 英文
論文頁數： 41
中文關鍵詞： 大強子對撞機 、弱交互作用 、標準模型 、超越標準模型
外文關鍵詞： Extra Z boson, Drell-Yan, LHC, parton distribution function, gluon fusion, associated production, weak interaction, the Standard Model, beyond the Standard Model
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    • 許多超越標準模型的理論都包含了一個叫做Z'的中性規範玻色子。在即將完成的擁有14TeV質心能量的大強子對撞機中探測這個新的規範粒子會很有趣。我們討論了幾個主要在大強子對撞機中生成Z'的過程：Drell-Yan 過程、膠子融合、費米子對關聯生成。我們用了一個與模型無關的方法來計算出Z'的散射截面。而我們算出標準模型Z的生成率來檢查我們的散射截面，其結果與已知符合。而根據Yang's theorem，一個圈圖的膠子融合生成是不會發生的。我們直接計算一個圈圖來看Yang's theorem 如何讓圈圖的機率幅為零。我們還得到關聯生成的振幅決對值平方的解析解。

    Many theories beyond the Standard Model contain extra neutral gauge boson(s), called Z' [1]. It will be interesting to probe this new gauge particle at the coming Large Hadron Collider ( LHC ) which has a 14 TeV CM energy. We discuss a few leading production processes of Z' at LHC: the Drell-Yan process, the gluon fusion, and the fermion pair associated production. The Z' production cross section is calculated in a model-independent way. As a check, the production rate of the Standard Model Z is found to agree with the known result. The one loop gluon fusion production is forbidden by Yang's theorem [2]. We explicitly carry out a loop calculation and see how this theorem works. We also obtain the analytic form of amplitude square for associated production.

    1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2 the Drell-Yan Process: q‾q to Z'. . . . . . . . . . . . 7 2.1 Drell-Yan Cross Section . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Why is the Cross Section Proportional to (C_V^f )^2 + (C_A^f)^2? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 3 the Gluon Fusion: gg to Z' . . . . . . . . . . . . . . 11 3.1 Yang’s Theorem in gg to Z' . . . . . . . . . . . . 11 3.2 Test by One Loop Process . . . . . . . . . . . . . . 12 3.2.1 the C_V^f Term . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.2.2 the C_A^ Term . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4 the Associated Production: gg to Z'q‾q . . . . . . . . 17 4.1 The First of the Eight Tree Level Feynman Diagrams . 20 4.2 The Total Amplitude Square in the Tree Level . . . . 22 4.2.1 a List of Other Amplitudes . . . . . . . . . . . . 22 4.2.2 Color Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4.2.3 Parametrization of Phase Space . . . . . . . . . . 26 4.3 Integration Procedures and Changing Variables . . . 30 4.3.1 (i) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.3.2 (ii) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.4 Calculation of the 64 Terms of the Amplitude Squares 33 4.4.1 Part 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.4.2 the Total 64 Terms . . . . . . . . . . . . . . . . 36 5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 5.1 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.2 My Future Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

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