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双重味B_c介子两体无粲强子衰变研究

刘新  
【摘要】:1998年,CDF实验组首次发现了Bc介子,并收集了近20个Bc→J/Ψlv的衰变事例。目前,位于欧洲核子研究中心的大强子对撞机(LHC)实验已经投入物理运行,LHC有望每年产生约5×1010个Bc介子事例。与轻Bq(q=u,d,s)介子有所不同,Bc介子同时包含两味重夸克b和c,显得较为特殊。研究Bc强子衰变过程一方面可以帮助人们更好地检验标准模型,探索重味物理;另一方面可以为实验探测末态强子QCD动力学提供新的领域。Bc介子纯湮灭强子衰变过程为研究湮灭贡献提供了极佳的场所,为充分理解轻Bq介子衰变中湮灭贡献大小,乃至湮灭衰变机制提供重要线索。因此,对Bc介子强子衰变过程的研究有重要的科学意义。 众所周知,强子矩阵元的有效计算一直是研究此类过程的难点。目前,基于QCD的因子化方法,如QCD因子化(QCDF)方法、软共线有效理论(SCET)以及微扰QCD(pQCD)因子化方法,能够在唯象上给出与实验测量较为吻合的理论预言。对湮灭图贡献的计算,pQCD因子化方法的优势尤为明显。本文基于pQCD因子化方法对186个Bc介子两体无粲强子衰变道(纯湮灭衰变过程)做了系统研究,得到了有意义的结果。 在论文综述部分,作者从轻强子谱出发,对p波轻夸克介子研究现状做了全面的讨论,对LHC实验上Bc介子物理研究做了必要的讨论。作者对计算强子矩阵元的6种方法做了对比介绍,并重点阐述本文所采用的pQCD因子化方法,讨论横向动量kT的引入、如何消除端点发散、Sudakov因子等关键内容。作者还就pQCD因子化方法近期进展(如:对Glauber胶子贡献的处理等)做了相应介绍。此外,作者对强子波函数做了必要的讨论。 在论文工作部分(第三、四和第五章),作者采用pQCD因子化方法对Bc→PP,PV,VV、Bc→SP,SV和Bc→AP,AV,AA过程的CP平均分支比、极化分数和相对相位等物理量在标准模型理论框架下做了系统的理论计算和细致的唯象分析,得到如下主要结论: (1)所有这些过程分支比的pQCD理论预言在10-9~10-5范围内变动,Br(Bc→K*0K(*)+)等结果与基于SU(3)味对称性方法得到的理论预言基本一致;衰变分支比在10-6及以上的衰变道将会在LHC实验上得到探测,为验证用于计算此类衰变过程的pQCD因子化方法的可靠性提供了契机: (2)对衰变分支比在10-7及以下的衰变道,LHC实验将难于给出具有较高精确度的测量结果;倘若有所发现,将为研究强子衰变过程中非微扰QCD动力学或末态相互作用,甚至发现超出标准模型的新物理信号提供平台; (3)如作者所预期,在所有衰变道中,ΔS=0过程(Vud~1)分支比基本上比ΔS=1过程(Vus~0.22)大得多;所有衰变道均来自树图拓扑贡献,这些Bc介子两体无粲强子衰变过程因缺乏弱相位而导致CP破缺不对称性在标准模型下自然消失; (4)在所有存在极化态的过程中,绝大部分衰变道由纵向极化贡献支配,期待LHC和SuperB实验加以验证,以帮助人们更加深入地理解此类过程中的helicity结构; (5)足够多的Bc介子衰变事例将会为研究其衰变末态强子动力学提供沃土,为推证轻标量介子和轻轴矢量介子内部结构并研究其物理特性提供动力学依据; (6)与Bu介子纯湮灭衰变道相比,Bc介子的同类衰变道的分支比有近100(~|Vcb/Vub|2)倍的增强。这将为关于湮灭衰变道的研究提供更多数据,为更好地理解轻B。介子衰变的湮灭贡献大小,乃至湮灭衰变机制奠定基础。 在第六章,作者对全文进行总结,并就未来重味b物理领域仍大有作为之处做了讨论和展望。


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