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标准模型(SM)是在更高能标上的某种基本理论的低能近似，很多问题并不能在SM框架内得到合理解释，例如，味的动力学，特别是三代费米子之间的混合以及已观测到的它们之间巨大的质量差别等。正在建造的以及计划中的下一代对撞机将在更高精度上检验SM并在更高能标上探索超出SM以外的新物理。
SM包含了三代夸克，其中第三代的上夸克即顶夸克由于其质量很大而具有特殊的性质，它是了解电弱对称破缺机制以及超出标准模型的新物理的有力探针。在SM中与顶夸克有关的FCNC过程在任何对撞机上都是观测不到的，因此任何实验上观测到的顶夸克FCNC过程都将是新物理的信号。而就新物理模型所预言的顶夸克的FCNC信号而言，目前的研究表明在任何LHC之前的对撞机上(Tevatron，HERA等)都不可能观测到，考虑到ILC的实验还要晚几年，而且它只能在某些方面起到对LHC的补充作用，因此对顶夸克FCNC过程的研究是LHC上的重要实验目标之一。
最小超对称标准模型(MSSM)是最流行的新物理模型之一，包含了105个超出SM的自由参数，因此在味动力学方面有比SM更丰富的内容，并能够提供关于FCNC耦合的起源的新的解释。由于关于顶夸克FCNC过程的实验限制还很少，而LHC能够产生丰富的顶夸克事例，对顶夸克稀有过程的测量将成为可能，因此研究顶夸克的稀有过程对于探测新物理具有特殊的意义。就对FCNC耦合g-u(c)-t观测的敏感度而言，单个顶夸克产生过程要优于衰变过程，但迄今还未见到文献报道有关SUSY模型框架下对于LHC上顶夸克FCNC产生过程的研究。另一方面，过去在SUSY模型中的有关顶夸克FCNC耦合的工作都是在某种受限制的MSSM中实现的，它们要么通过特定的SUSY-CKM矩阵，要么使用质量插入近似来描述顶夸克的FCNC耦合，而采用质量本征态的严格方法直接用SUSY软破缺参数来系统研究顶夸克的FCNC过程并由此建立起观测量与SUSY软破缺参数的联系，迄今在文献上尚未见到。这表明有关顶夸克的FCNC过程的观测量与含第三代上标量夸克的混合参数之间的联系尚不清楚。作者首先在一般的MSSM框架下，采用质量本征态的严格方法计算顶夸克通过SUSY-QCD及SUSY-电弱(EW)的FCNC耦合诱导的稀有衰变t→cV(V=g，γ，Z)分支比，发现所得到的结果比过去文献报道的MSSM框架下的有关结果都要大，特别是t→cg，cγ衰变分支比在目前有关的精确实验所允许的参数取值范围内，在LHC上是非常有希望被观测到的。此外，发现t→cV(V=g，γ，Z)衰变分支比强烈依赖于软破缺参数AU，因此通过在LHC上测量顶夸克稀有衰变分支比将使作者有希望获得SUSY软破缺参数的一些有价值的信息。对于t-u(c)-g反常耦合，其最好的观测过程是通过顶夸克的产生来进行的，为此作者系统研究了LHC上单个顶夸克通过SUSY-QCD诱导的FCNC产生过程，详细地考察了在LHC上tc及tu的产生总截面。结果表明，在目前有关的精确实验所允许的参数取值范围内，其产生总截面可以达到几个pb，此外结果还表明，一旦在LHC上观测到大的tc及tu的联合产生截面，它们就很可能是来源于SUSYFCNC耦合，而且应该与软破缺参数AU有关。
采用与模型无关的方法考察顶夸克的反常FCNC耦合，并由此探索新物理可能出现的标度是顶夸克物理的另一重要研究课题。在这方面已有的研究已经初步建立了各类产生及衰变过程的观测量与新物理标度的依赖关系，从而给出了在未来对撞机特别是LHC上探索新物理的潜力。但迄今所有这些工作都局限于树图水平，理论预言的精度与LHC的实验目标相差较远。本文研究了在LHC上与顶夸克反常FCNC耦合t-c-g最为敏感的直接产生过程的次领头阶QCD效应，其结果表明次领头阶修正一般地增大领头阶总截面达30％，同时显著地减少了总截面对重整化及因子化标度的依赖性，从而提高了上述理论预言的可靠性。