重味强子弱衰变的唯象研究

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重味强子的弱衰变是检验粒子物理标准模型与间接寻找新物理的理想场所之一。近几十年来,随着多个大型对撞机实验的不断运行,重味物理的理论研究已进入了高精度的时代:实验测量结果精度不断提高,这也要求理论上给出更精确的预言。一方面对于重味B/Bs介子衰变来说,虽然实验上已经测量了B/Bs介子的众多衰变过程的分支比和CP破坏,但是Bs介子的衰变的实验结果还较为匮乏,尤其是CP破坏物理量ACP,实验上不仅结果很少而且测得的误差也很大,理论上也缺乏对B/Bs介子衰变的过程的系统性分析。另一方面,人们也在不断地寻找新的重味强子载体。例如,2017年LHCb合作组通过末态为Λc+K-π+π-衰变道发现了第一个双重味重子Ξcc++,在2018年,LHCb合作组进而精确测量了Ξcc++的寿命,为τΞcc++=(256-0.022+0.024±0.014)fs。利用这些新的重味强子衰变检验标准模型与寻找新物理则需要发展新的理论框架。针对上面的问题和挑战,本文将在对撞机上的双重味重子衰变和Bs介子衰变的理论以及唯象方面展开论述和研究。本文首先分析了双重味重子Ξcc,Ωcc,Ξbc,Ωbc,Ξbb,Ωbb的弱衰变过程,对它们衰变过程的振幅进行了比较。基于轻夸克的味道SU(3)对称性,我们可以把强子多重态和弱衰变算符分别写成味道SU(3)群的不可约表示的形式。利用给出的SU(3)的群表示可以得到对应的有效哈密顿量,将有效哈密顿量展开可以计算出双重味重子衰变的跃迁矩阵元。经过SU(3)对称性分析之后,本文得到了不同衰变过程振幅之间的关系。本文结果将对实验上发现更多双重味重子提供参考和帮助,而且结合实验结果也可以检验夸克模型的正确性和SU(3)对称性的破坏程度。在光前夸克模型框架下,本文进一步分析了由c → d/sl+v,b → c/ul-v,b→d/sl+l-诱导的自旋为1/2的双重味重子衰变到自旋为1/2的重子或者自旋为3/2重子衰变过程的形状因子以及分支比。在计算中本文采用了diquark的图像并同时考虑了标量diquark和轴矢量diquark的贡献,计算了双重味重子弱衰变跃迁矩阵元的形状因子并使用螺旋度振幅的方法计算了它们的分支比和衰变宽度。在系统性的考虑了239个双重味重子衰变过程后,给出了在实验上最有可能发现的衰变道。本文第二部分采取基于kT因子化框架的PQCD因子化方法对B/Bs介子的两体衰变进行了系统性分析。从因子化的观点来看,B/Bs介子不同衰变过程虽然有着不同的动力学机制,但是它们都依赖于同样的非微扰参数:光锥分布振幅。本文系统性的分析了B/Bs介子到两个赝标介子、一个赝标介子一个矢量介子和两个矢量介子的过程,设计了自动化计算程序,并拟合了计算这些过程必要的输入参数:光锥分布振幅中的盖根鲍尔矩。同时我们也指出了部分需要PQCD高阶修正的过程。本文还拟合了实验上关心的CKM相角:γ=(75.2± 2.9)°。这对以后的理论计算工作和实验测量都有一定的指导意义。承接上一个研究的内容,本文在PQCD框架下还研究了Bs的一个三体衰变,Bs→D0(D0)π+π-。与两体衰变相比,三体衰变有着更复杂的动力学机制。本文同时考虑了这个过程的末态π+π-介子中共振态f0(500)、f0(980)、f0(1500)和f0(1790)的贡献。所得结果也与实验所测相一致,这对检验PQCD因子化方法和B介子多体衰变的动力学机制有一定的帮助。本文研究与实验紧密结合。对于实验上还没有找到的双重味重子,本文给出了大量的理论预言和分析。对于实验上需要精确测量的B/Bs介子衰变,本文对两体衰变过程进行了整体的分析,同时对于Bs介子的一个三体衰变过程也进行了精确地分析和计算。在未来,我们将延续以上工作,在双重味重子衰变方面追求更加具有预言力的理论,同时在B介子衰变方面探索高阶效应的修正。
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