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标准模型下b→c(?)s衰变的唯象研究

袁一凡  
【摘要】:过去几十年间,标准模型(Standard Model,SM)已经发展成为了一种很成功的基本理论,它可以解释除了引力相互作用之外的其它三种基本相互作用——强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。迄今为止,标准模型在理论和实验两个方面都取得了巨大的成功。在2012年7月,LHC实验也宣布发现了标准模型预言的最后一种粒子——Higgs玻色子。但是目前仍有许多标准模型难以解释的问题,比如宇宙中的暗物质和暗能量等。因此对超出标准模型的新物理(New Physics,NP)的研究成为了近些年的热点之一。在探索新物理方面,一个重要的研究领域是重味物理。例如,B介子的稀有衰变以及B-B混合被认为是寻找新物理的良好场所。另一方面,一些味物理过程中,量子色动力学(Quantum Chromodynamics,QCD)的非微扰特性对理论计算带来了很大挑战。最近,LHCb实验组利用其在7TeV和8TeV质心能量下积累的3 fb-1数据对∧b→J/ψ∧和∧b→ψ(2S)∧衰变进行了测量,并给出了其分支比的比值R∧b→ψ∧三B(∧b→ψ(2S)∧)/B(∧b→J/ψ∧)=0.513±0.023(stat)± 0.016(syst)±0.011(B)。Ab→J/ψ∧和∧b→ψ(2S)∧在夸克层次上同属于b→c(?)s过程。然而,对于这类b重子的两体非轻衰变,目前仍然无法从第一性原理出发进行计算。当前对于这类过程的理论研究主要是基于所谓的因子化假设,即跃迁矩阵元可以因子化为形状因子和衰变常数的乘积,然后再通过其它的理论方法对后两者进行计算。然而,值得注意的是,上述LHCb的实验结果与一些基于因子化假设的理论预言间存在偏离。例如,基于协变夸克模型的预言值R∧b→ψ∧=0.8 ± 0.1比LHCb的结果偏大,其偏离约为3σ。为了更好地理解目前理论预言与实验测量间的偏离,本学位论文在两个方面对b→ c(?)s衰变进行了唯象研究:一方面,我们采用了多种理论下形状因子和衰变常数的最新结果,对R∧b→ψ∧的理论值进行了全面的分析;另一方面,我们考虑了夸克层次上同为b→c(?)s跃迁的B→ηcK,B→ψK和B→ψK*衰变,并对这些过程的分支比之间的比值进行了系统的分析。本学位论文的主要内容如下:第一章对重味物理及其最近进展进行了简要的介绍。第二章介绍了与本论文相关的基础知识,如标准模型,有效拉氏量,算符乘积展开以及螺旋度振幅等。在第三章中,我们给出了B0→ηcK0,B+→ψK+,B+→ψK*+和∧b0→ψ∧0衰变分支比比值的解析表达式,如R∧b→ψ∧。第四章是数值分析部分,针对上述四种衰变,我们均系统地计算了与各种理论给出的衰变常数(格点QCD,实验抽取)和形状因子(相对论夸克模型,协变夸克模型,光锥求和规则,格点QCD)对应的分支比比值,并对比最新的实验测量进行了分析。最后的第五章是对本论文的总结和展望。此外,我们在附录中给出了数值分析中用到的各种理论下的形状因子及相关参数。


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