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B介子半轻衰变的新物理唯象研究

颜涵  
【摘要】:粒子物理的标准模型理论(Standard Model,SM)是一套描述基本粒子及其相互作用的理论;标准模型理论统一地描述宇宙中已知的三种基本相互作用:电磁相互作用,弱相互作用和强相互作用。目前,标准模型的理论预言值经受住了几乎所有实验的考验。然而,在b→cτv和b→sl+l-过程中,近些年的实验结果显示出轻子味普适性(Lepton Flavour Universality,LFU)破缺的迹象。RD(*),RK(*)的实验测量值与标准模型预言值之间的显著性偏离意味着对标准模型理论中不同代轻子具有普适性观念的挑战,轻子味普适性破缺是可能存在超出标准模型的新物理(New Physics,NP)的一个证据。本学位论文着重研究新物理对于B介子和B重子衰变的影响。在第2章,我们简要介绍了粒子物理标准模型理论和B物理的理论工具;之后是本学位论文的主要内容,包括两部分:系统地研究了 b→cτvτ味改变带电流过程标准模型中味改变带电流(Flavour-Changing Charged Current,FCCC)过程是通过交换W±实现的树图阶过程。实验上发现了一些味改变带电流过程的反常效应。目前,Belle实验组给出了B→D*D*τv过程中的D*和τ的极化pLD*和pLτ的实验值。在第3章,基于这些最新的实验值,我们在S1+S3Leptoquark(LQ)模型下重新审视了 RD(*)和RK(*)的反常效应;S1+S3LQ模型需要同时引入了两个标量LQ粒子,一个LQ粒子是SU(2)L变换群下的单态粒子,另外一个是SU(2)L变换群下三重态粒子。随后,我们考虑了夸克层次为b→cτv的五个衰变过程:B→D(*)τv,BC→ηcτv,Bc→Jψτv和Λb→Λcτv,在S1+S3LQ模型下集中分析了这五个过程的B,R以及各种角观测量对q2依赖。利用RD(*),RJ/ψ,PLτ(D*)和pLD*最新的实验数据,联合限制了 S1+S3LQ模型的参数的空间并得到了相关观测量的理论预言值。从数值结果可以得到,分支比和比值R在S1+S3 LQ模型中都有较大的增强效应,在将来的超级B工厂和高亮度LHC实验中,观测量R被认为是一个可以精确检验轻子味普适性破缺的观测量。系统地研究了 b → sl+l-味改变中性流过程标准模型中味改变中性流(Flavour-Changing Neutral Current,FCNC)衰变b→sl+l-的分支比是非常小的。然而,这些分支比可能会被一些新物理所显著的增强。如果在实验上观测到这些现象,这将成为新物理存在的明确信号。基于这些考虑,在第4章和第5章中,我们分别研究了夸克层次为b→sl+l-的三个衰变过程:B→K(*)l+l-,Λb→Λ(→Nπ)l+l-。利用从模型无关分析中得到的且能解释b→sμ+μ-反常的参数范围,我们可以得到S1+S3LQ模型下参数λ22L*λ32L的参数空间。然后,我们系统分析了这三个过程的观测量对于q2依赖的关系,并给出的观测量的理论预言值。从数值分析的结果可以得到,在S1+S3LQ模型和标准模型下RK(*),RΛ的q2分布的图像呈现出完全分离的现象;这些结果表明,味改变中性流过程中对R的精确测量,可以进一步确认轻子味普适性破缺的反常。


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