摘要: 量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的基本理论，非相对论量子色动力学(NRQCD)则是在重夸克偶素相关领域内迄今为止最为成功的一种因子化方案。在理论上，大量的研究表明，基于NRQCD的次领头阶(NLO)的修正，对于解释重夸克偶素产生的实验测量，扮演着... 展开 量子色动力学(QCD)是描述强相互作用的基本理论，非相对论量子色动力学(NRQCD)则是在重夸克偶素相关领域内迄今为止最为成功的一种因子化方案。在理论上，大量的研究表明，基于NRQCD的次领头阶(NLO)的修正，对于解释重夸克偶素产生的实验测量，扮演着非常重要的角色，也极大地改变着领头阶(LO)的极化行为。这对于解释高能物理领域的重夸克偶素极化之谜，检验NRQCD因子化，是非常重要的研究课题，也一直是理论和实验的关注热点。 Feynman Diagram Calculation(FDC)系统是微扰量子场论自动化计算系统，并且也专门引入了NRQCD的定义和计算方法。到目前为止，在王建雄和龚斌等人的工作下，FDC已经能够自动产生计算重夸克偶素的单圈修正，包括P波的单圈修正。在现有的色单和色八模型下，FDC能够计算的中间态有1S80，3P8J，3S11，381，3P1J，11J等。 根据Tevatron上的测量数据，以及近几年来，LHC上关于J/Ψ和Υ的产生和极化的测量数据，利用FDC产生的Fortran程序，给出了重夸克偶素在强子对撞机上产生的大量的理论结果。计算了J/Ψ和Ψ'以及xc在强子对撞机上产生的短程系数，对Tevatron和LHC测量的产生的pt分布数据进行拟合，得到色八长程矩阵元，精确处理了高阶激发态Ψ'和xc到J/Ψ的feed-down贡献，进而给出了关于J/Ψ和Ψ'的prompt产生在NLO的完整的极化的pt分布的理论预言。结果表明，高阶feed-down的贡献，尤其是xc的贡献，极大地影响着J/Ψ的极化行为。这呼唤着实验上在进行J/Ψ的精确测量的同时，不要忘了也要对xc进行精确测量。这样才有可能真正解决J/Ψ的极化之谜。 在J/Ψ的工作之后，做了Υ(1S，2S，3S)在强子对撞机上的产生的研究工作。具体包括计算Υ(1S，2S，3S)以及xb(1P,2P)在不同对撞机上不同实验测量条件下产生的短程系数，对Υ(3S，2S，1S)的极化和产生的实验数据依次进行联合拟合，得到包括Υ(1S，2S,3S)direct部分以及xb(1P,2P)的色八部分的长程矩阵元，并精确处理了Υ(1S，2S,3S)中包含的各项feed-down的贡献。还在变换NRQCD能标的情况下，也分别做了相应的拟合。通过这些工作，给出了目前关于Υ的最精确和全面的NLO的理论预言。结果表明，对于Υ(1S)来说，feed-down部分占主要贡献，从而能将direct部分的横向极化拉回到几乎不极化的状态，也因此能够很好的解释LHC上的实验测量。但是不能解释CDF的测量，虽然进行拟合的时候，用的是最新的Tevatron上的实验测量数据。知道，Tevatron上两个实验组CDF和D0关于极化的测量，本身就不一致，也无法判断到底哪个实验组的测量更可靠些。对于Υ(2S)来说，feed-down部分所占的百分比没有在Υ(1S)中那么大，但是也是Υ(2S)中主要贡献者，也能将Υ(2S)的极化行为拉回到轻微的横向极化的状态，从而与LHC上的测量符合得很好。对于Υ(3S)来说，情况就不那么乐观了。实验上没有关于高阶激发态feed-down到Υ(3S)的测量，在处理数据的时候，只有direct部分，因此只能拟合出direct部分的长程矩阵元，给出的结果也是direct部分的。尤其关于极化，预言是随着pt增大，极化行为越来越趋向于横向极化，到50GeV的时候，极化率λθ为0.9。这就促使设想高激发态的P波的贡献可能改变这里的极化分布，如果实验上有关于高阶激发态到Υ(3S)的测量，在拟合中放入3P态的贡献，Υ(3S)的极化是不是就可以解释了呢？ 以上关于J/Ψ和Υ的两个研究工作，是组近几年来的工作重点。从2011年开始，王建雄老师和龚斌开始着手处理P波的计算，将这一部分的自动产生加入FDC系统中;到2012年初，才使得P的解析计算得以在FDC系统中圆满实现。之后，又经过半年的时间，经过大量的数值计算，才完成了关于J/Ψ的产生的相关工作。随后，从2012年下半年到2013年5月份，才完成了关于Υ的工作。这中间关于数值计算精度处理，拟合长程矩阵元等，也耗费了相当大的人力。 然而，已经完成的工作是不够的。知道，关于重夸克偶素在NRQCD NLO的计算，是一个相当复杂的过程，而关于NNLO的计算，目前世界上还没有哪个工作组完全实现了。因此，NLO的计算，仍然是目前研究重夸克偶素在强子对撞机上产生的最精确的理论依据。随着西欧核子中心大型强子对撞机LHC的运行和不断的数据积累，关于重夸克偶素产生的实验数据也越来越多。现在不仅微分截面的横动量分布测量到了相当大的pt点，如60GeV甚至100GeV，也有了更多的对角元极化参数λθ以及非对角元的极化参数λφ，λθφ在不同坐标系下的测量;另一方面，测量精度也较之前的Tevatron有了很大的提高。在未来几年，LHC还将升级到14TeV的对撞能量，届时关于重夸克偶素的测量，将会前所未有的丰富和集中，对于理论计算数据的需求量也将大增。这就要求理论计算方面能够持续给出更多更精确的数据，尤其是极化的数据，从而能与实验齐头并进。在世界上关于重夸克偶素计算的几个理论工作组中，组用FDC产生的Fortran程序，是系统程度最高，自动化程度最高，计算最完全的一套计算系统。由于只用Fortran语言，因此对计算机的软件要求简单（只用Fortran编译器和mpi库），计算效率高。并且，经过关于J/Ψ，和Υ的计算，现在已经发展成为非常成熟的专门用来计算强子对撞机上重夸克偶素产生的数值计算系统。有感于此，认为将这套Fortran程序推广开来，是非常有必要并且很有意义的。所以，作为后续工作，将该套计算程序，命名为FDCHQHP(FDC Heavy Quarkonium HadroProduction)，作为独立的软件包发布出来。详细介绍了该程序包的适用平台，对硬件及软件的要求，其安装，编译，和运行说明;列出程序包内部的目录结构，对其中的几个重要文件进行了详细解释。还介绍了程序运行之后的数据处理方法等。 在重夸克偶素的计算问题上，没有停下前进的脚步。在关于J/Ψ和Υ的计算工作中，发现，虽然是在超级计算机上进行的计算，但是为数众多的子过程，大量的数据处理，以及数值计算中不可避免的精度问题，依然需要很多的人工干预。FDC系统致力于自动化计算，此前在解析计算部分已经实现了很大程度上的自动化，但是还没有考虑到数值计算部分的自动化，也即自动进行数值计算过程中的相关处理，尤其是在超级计算机上的处理操作。在超级计算机上，作业的提交，数据收集整理，确定MC积分撒点数，安排使用的CPU数目从而得到最高的加速比等，虽然繁琐但是也并非无迹可寻。研究了重夸克偶素产生的相关Fortran程序在超级计算机上的效率曲线，从而能够对CPU数目和运行时间进行估计;根据MC积分关于撒点数和精度之间的平方反比关系，利用已知撒点数下的误差预言更高撒点数情况下的误差，从而进行精度控制;根据不同子过程之间数据正负相消后的结果以及误差要求，从而得出其中各个子过程的精度要求。当然还有其他一些工作比如将pt拆开计算从而实现更高程度的并行化，正负分开算等。利用Linux下shell与操作系统之间直接的通信方式，将以上这些流程以shell脚本的方式在Linux系统下完整实现，并将所有相关的shell脚本集成在程序包WBIN中。程序包中的某些小脚本，也可以单独使用。实现之后，在超级计算机上，用户需要手动做的只是修改一个输入文件，以及运行几个简单命令，即可实现重夸克偶素从每个子过程每个pt点的计算，到最后得到所有道的数值结果的全程自动化操作。中间所有的作业提交，精度控制，数据收集整理等都由脚本自动完成，大大地简化了人工处理操作。这对用户使用FDCHQHP来说，是非常方便的。 总之，在现有的理论模型下，尽可能地将重夸克偶素在强子对撞机上的产生做得更加完善，更加精确，更加自动化。 收起