【摘 要】
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标准模型是粒子物理学领域最成功的理论,并且在实验上得到了广泛的验证。然而,标准模型被认为是只在低能标下成立的有效理论,普遍观点认为存在超出标准模型的新物理。暗物质的存在最早是在宇宙学观测中发现的,而且宇宙中暗物质的质量比例甚至远高于普通物质,但从粒子物理学的角度来看,标准模型无法为暗物质提供合理的候选者。另外,在宇宙演化过程中正反物质不对称疑难的解释方案之一,是通过轻子数不守恒实现重子数的不对称,
【基金项目】
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国家自然科学基金11405037号、11505039号、11575048号、12075073号项目；
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标准模型是粒子物理学领域最成功的理论,并且在实验上得到了广泛的验证。然而,标准模型被认为是只在低能标下成立的有效理论,普遍观点认为存在超出标准模型的新物理。暗物质的存在最早是在宇宙学观测中发现的,而且宇宙中暗物质的质量比例甚至远高于普通物质,但从粒子物理学的角度来看,标准模型无法为暗物质提供合理的候选者。另外,在宇宙演化过程中正反物质不对称疑难的解释方案之一,是通过轻子数不守恒实现重子数的不对称,然而轻子数破坏的物理过程在标准模型中也是不被允许的。本文主要研究重介子的稀有衰变过程中可能存在的新物理现象。实验上给出了重介子稀有衰变过程中丢失能量现象的分支比上限,目前得到的实验上限大于标准模型中微子的理论预言。本文通过引入新的不可见粒子来解释这种异常现象,并且认为新引入的不可见粒子可能是暗物质的候选者。具体选取了B-和Bc-介子的味道改变中性流稀有衰变过程:M-→Mf*-+E,以及B0和D0介子的湮灭过程:B0（D0）→E做为研究对象,M-→Mf*-+vv及B0（D0）→vv过程是它们的标准模型背景,两者间的差异为新物理的存在留下了空间。本文分别讨论了这些过程中产生成对（赝）标量不可见粒子、成对的旋量不可见粒子（包括Majorana型和Dirac型）以及单个标量（矢量）不可见粒子的情况。通过引入唯象的五维或者六维有效拉氏量算符,来描述新引入的粒子与标准模型夸克间的耦合。为了使工作更具有一般性,引入的算符包含了所有可能的耦合形式。根据费曼图写出费曼振幅,之后对振幅的模方进行相空间积分得到衰变宽度,与B介子分支比的实验上限对比,可以给出耦合系数的上限;通过宇宙学“冻出机制”并结合具体模型,暗物质残留密度的观测结果可以给出耦合系数的下限。耦合系数的限制可以应用在对应的Bc介子的衰变过程中,并给出Bc介子有不可见粒子产生的衰变过程的分支比的限制范围,其中上限约为BR[Bc→Mf（*）χ（χχ）]＜10-5～10-6。在具体计算过程中,强子跃迁矩阵元的形状因子是通过QCD光锥求和规则参数化方法和求解瞬时近似的Bethe-Salpeter方程得到的。此外,本文还研究了中性介子K0,D0,B0和Bs0的四体衰变。这些衰变过程由假设的双电荷标量粒子引起,并破坏轻子数守恒。计算了不同衰变道的BR×（sΔhij/mΔ2）-2的数值结果,其中sΔ,hij和mΔ是依赖于双电荷标量的参数。对于K0→M1+M2+l1-l2-,D0→M1-M2-l1+l2+以及Bd,s0→h1+h2+l1-l2-过程,数值结果分别大约在 10-13～10-11 GeV4,10-17～10-10 GeV4 以及 10-17～10-10 GeV4 数量级。基于D0→M1-M2-l1+l2+衰变道的实验结果,我们还给出了（sΔhij/mΔ2）的上限。
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