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Z~0玻色子衰变到B_c~(*)介子衰变宽度及其不确定性的研究

邓丽城  
【摘要】:B_c介子作为是标准模型里非常重要的显含味道且稳定的双重味介子,其主要是通过弱相互作用进行衰变,寿命较长,从而可成验证量子色动力学理论的理想平台。自1998年由TEVATRON上的CDF小组首次发现以来, B_c介子得到越来越广泛的关注和研究。特别是近年来, B_c物理的理论研究取得了很大的进展,国内部分专家结合高能强子对撞机LHC和TEVATRON实验条件,对B_c强产生性质的作了深入系统研究,并在国际上产生了重大影响。另一方面,建造高能量(对撞能量为1TeV或处于Z~0能区)及高亮度(∝10~(34)cm~(-2)s~(-1))的正负电子对撞机如国际直线对撞机或Z -工厂,是当前国际高能物理界热门话题。由于正负电子对撞机与强子对撞机相比具有背景干净的优点,因此它将会是研究B_c介子性质的又一理想平台。本文的主要目的是研究Z~0玻色子衰变到B_c介子过程,并详细讨论所得的总衰变宽度及微分宽度的不确定性。这些研究成果将会为理论家及实验家在正负电子对撞机上研究B_c介子的性质提供重要支撑。 近年来国际上发展了一套行之有效的理论-非相对论量子色动力学(NRQCD)-来处理重夸克偶素体系。NRQCD的基本思想是将重夸克偶素的产生截面和湮灭宽度通过因子化表示成一些短程系数和长程矩阵元的乘积,其中短程系数可以用微扰QCD理论计算,而普适的长程矩阵元则可通过非微扰的方法得到,如势模型,QCD求和规则,格点QCD等,或是直接由实验确定。应用NRQCD因子化公式计算各种重夸克偶素的产生和湮灭对于实验探测这些强子以及检验NRQCD因子化公式的正确性具有重要的意义。 本文将利用NRQCD因子化的公式详细研究Z~0衰变产生B_c介子的过程:Z~0→B_c+b+(c|-)过程,其中B_c为(c(b|-))夸克偶素的基态(|(c(b|-))[~1S_0])和B~*c为第一激发态(|(c(b|-))[3~S1])。该过程所涉及到的短程部分直接采用微扰QCD计算,而长程矩阵元部分采用势模型得到其波函数。在微扰计算散射振幅的过程中,为得到简捷的解析的结果,我们采用了改进后的振幅直接求迹方法。这些解析表达结果将会为今后在正负电子对撞机环境下模拟B_c介子的产生打下坚实的基础。我们的数值计算结果表明,所有B_c及B~*c的总产生宽度为如果在正负电子对撞机上Z~0的事例数足够多, B_c介子将具有可观测效应,ILC以及Z -工厂将有望实现这一要求。同时,本文还研究了B_c介子产生宽度不确定性的因素,并重点讨论夸克质量mb和mc所造成的不确定性。


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