【摘要】：在過去的幾十年中,粒子物理的標準模型得到了飛速的發(fā)展。尤其在2012年7月,ATLAS和CMS實驗組發(fā)現(xiàn)的希格斯(Higgs)玻色子更標志著標準模型獲得了巨大的成功。由于B介子(Bu,d,B,Bc)比較重,有豐富的衰變道可以研究,對這些衰變道的研究可以幫助人們精確檢驗標準模型、尋找B介子系統(tǒng)的CP破壞以及探尋超出標準模型的新物理信號,具有十分重要的科學(xué)意義。在實驗上,早期的兩個B介子工廠BaBar和Belle實驗組收集了大量的B介子(主要為B(u,d)介子)產(chǎn)生和衰變事例,觀測到了 B介子系統(tǒng)存在較大的CP破壞,同時測量了很多稀有衰變道的衰變分支比、CP破壞和極化分數(shù)等物理可觀測量,總的來說實驗的測量值和標準模型的預(yù)言在誤差范圍內(nèi)是符合的很好的,并沒有發(fā)現(xiàn)明顯超出標準模型的新物理。從2009年開始,隨著大型強子對撞機LHC投入運行,除了B(u,d)介子以外,越來越多的Bs/Bc介子產(chǎn)生和衰變事例被LHCb實驗組收集,一些小分支比的衰變道也已被觀測到。未來隨著LHCb和Belle-Ⅱ的進一步運行,將把B介子的事例數(shù)提高約兩個數(shù)量級,這將促使B物理研究進入一個新的“黃金時代”。在理論方面,B介子物理理論研究的核心部分為強子矩陣元的計算。由于B介子衰變過程的動力學(xué)十分復(fù)雜,目前為止仍然沒有一種完全自恰的方法,但存在幾種基于QCD動力學(xué)的主流方法:即QCD因子化(QCDF)方法、微擾QCD(PQCD)因子化方法以及軟共線有效理論(SCET)。本文基于PQCD因子化方法,對所有Bs0→PP,PV,VV(其中P為輕贗標量介子π,K,η('),V為輕矢量介子ρ,ωK,φ)兩體強子衰變做系統(tǒng)的研究和分析。我們將重點研究在PQCD框架下現(xiàn)在已知的也是主要的幾種次領(lǐng)頭階(NLO)修正的影響,主要包括頂角修正、夸克圈修正、色磁企鵝圖修正以及Bs→P躍遷形狀因子的NLO修正。首先在綜述部分,作者簡要回顧了 B介子物理學(xué)的一些主要內(nèi)容,并對一些主流的因子化方法做簡要的介紹,同時將重點介紹PQCD因子化方法以及幾種主要的NLO修正。論文的第三到第五章為工作部分,作者在次領(lǐng)頭階近似下利用PQCD因子化方法對所有Bs0→PP,PV,VV衰變道的衰變分支比、CP破壞、極化分數(shù)以及相對相位等可觀測物理量做了系統(tǒng)的計算,通過我們的研究和分析發(fā)現(xiàn):(1)對于不同衰變道的分支比、CP破壞等可觀測物理量,NLO修正帶來的影響是不一樣的。對于已經(jīng)有實驗測量數(shù)據(jù)的衰變道,例如Bs0→K0K0,K+K-,η'η',π-K*+和Bs0→K0K*0,K±K*(?),π-K*+以及Bs0→K*0K*0,φφ,K*0φ,當我們考慮NLO貢獻以后,對其衰變分支比的PQCD理論預(yù)言值和實驗數(shù)據(jù)之間的符合程度有了明顯的提高。以衰變道Bs0→π-K*+為例,我們定義了理論預(yù)言值和實驗測量值的比值:R1=B(Bs0→π-K*+)exp/B(Bs0→π-K*+)PQCD。計算結(jié)果表明,當考慮NLO的貢獻以后,比值由R1LO=0.52增加到R1NLO=0.83。這表明NLO修正可以有效的增強PQCD理論預(yù)言值和實驗測量結(jié)果之間的符合程度。(2)對于衰變道Bs0→K+K-,π-K+的CP破壞以及衰變道Bs0→φφ,K*0→φ和K*0K*0的縱向(橫向)極化分數(shù)fL(⊥)、相對相位(φ‖,φ⊥)等而言,NLO修正的影響不大(小于50%),且NLO下的PQCD理論預(yù)言值跟其他方法得到的結(jié)果以及實驗數(shù)據(jù)符合的比較好。以衰變道Bs0→π-K+的直接CP破壞為例,NLO下PQCD的理論計算值為(23.8-6.5+6.4)%。這個結(jié)果跟QCDF((20.7-12.8+7.4)%)和SCET((20±25)%)的計算值以及實驗數(shù)據(jù)((27±4)%)在誤差范圍內(nèi)是一致的。(3)對于其余衰變道的分支比、CP破壞等其他可觀測物理量,PQCD的理論預(yù)言值總的來說跟其他方法的計算結(jié)果在誤差范圍內(nèi)是一致的。未來高精度的實驗將幫助我們來區(qū)別不同方法之間的差異。在第六章,作者對全文做了總結(jié)和展望。對于B(s)介子兩體強子衰變的高階修正的研究仍然是未來重味物理領(lǐng)域的一個重要領(lǐng)域。對于PQCD因子化方法而言,隨著更多次領(lǐng)頭階修正計算的完成,人們可以不斷提高理論預(yù)言的精度,為大量實驗數(shù)據(jù)的分析提供強有力的支持。
【圖文】：

c夸克衰變過程c→suˉd的樹圖階費曼圖

樹圖的單圈QCD修正的典型費曼圖，，其中(a,b,c)和(d,e,f)分別對應(yīng)完Afull=GF√2VcsV ud1 + 2CFαs4π(1 + lnμ2 p2) S2
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O572.2

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本文編號：2656949