b味强子弱衰变过程的新物理效应

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粒子物理的标准模型是迄今为止描述电弱和强相互作用最成功的理论,并且也得到了实验上充分的检验。然而,它并不是完美无缺的理论,自身还存在着一些缺陷。并且它对一些过程的理论预言和实验结果还有着或大或小的差别。这都表明它并不是一个完整的理论,它应该是在某一能标下的低能有效理论,在更高的能标下应该有更基本的理论。  重味物理的研究,不仅能够揭示近距离时的强相互作用物理,而且也是检验标准模型、研究CP破坏起源、稀有衰变和味改变过程的良好场所,还可以用来寻找新物理存在的证据。因此,重味物理是粒子物理最活跃的前沿领域之一。  本文在一些新物理模型下,对b味强子(主要是Λb重子和Bs介子)的半轻衰变过程进行研究。首先,介绍了标准模型、CKM矩阵和幺正三角形、重整化、重整化群方程、算符乘积展开、低能有效哈密顿以及威尔逊系数计算等基础知识。接着,介绍了强子矩阵元的两种主要计算方法,QCD求和规则和格点QCD。之后是论文的主体部分,包括如下两个方面的内容:  在矢量leptoquark模型、标量leptoquark模型、G(221)模型和双Higgs二重态模型Ⅲ等四个新物理模型下,对重子半轻衰变过程Λb→Λl+l-的一些物理量像微分分支比dBR/dq2、双轻子系统的纵向极化FL、轻子侧的前后不对称AμFB、重子侧的前后不对称AΛFB以及双轻子极化不对称等物理量进行了研究。在研究过程中,对于重子Λb到Λ的跃迁形状因子,在小q2的区域和大q2区域,分别采用QCD求和规则和格点QCD的形状因子来进行计算。根据这四个模型对各个物理量的影响,发现:对于该过程的微分分支比dBR/dq2,在2<q2<4GeV2/c4、4<q2<6GeV2/c4、6<q2<8GeV2/c4、16<q2<18GeV2/c4和18<q2<20GeV2/c4范围内,当前的实验数据在标准模型框架内难以得到解释。当考虑这些新物理模型的贡献,对于在2<q2<4GeV2/c4和6<q2<8GeV2/c4范围内的实验数据,矢量leptoquark模型和G(221)模型能够进行解释。对于16<q2<18GeV2/c4和18<q2<20GeV2/c4范围内的实验数据,双Higgs二重态模型能够进行解释。对于该过程轻子侧的前后不对称AμFB,在15<q2<16GeV2/c4、16<q2<18GeV2/c4和18<q2<20GeV2/c4范围内,它的实验数据在标准模型框架内不能得到解释。当考虑这些新物理模型的贡献,对于15<q2<16GeV2/c4范围内的实验数据,标量leptoquark X(3,2,7/6)和双Higgs二重态模型能够进行解释。对于该过程轻子侧的前后不对称AΛFB,它只对标量leptoquark X(3,2,1/6)的贡献是敏感的。对于该过程的双轻子极化不对称PLN,PNL PNT和PTN,它们标准模型的理论预言值都非常小,对这四个新物理模型的贡献也都不敏感,其余PLT、PNN和PTT对这第四个新物理模型的贡献是敏感的。  同样,在这四个新物理模型下,也对B介子半轻衰变过程Bs→φμ+μ-的一些物理量,像微分分支比dBR/dq2、双轻子系统的纵向极化FL和CP平均角分布系数S3、S4以及双轻子极化不对称进行了研究。在研究过程中,主要在小q2的区域进行讨论,对于Bs→φ的跃迁形状因子,采用QCD求和规则的形状因子来进行计算。发现:对于该过程的微分分支比dBR/dq2,在2<q2<5GeV2/c4和5<q2<8GeV2/c4区域内,当前的实验数据在标准模型框架内难以得到解释,但能够在矢量leptoquark模型和G(221)模型中得到解释。对于该过程的双轻子系统纵向极化FL和CP平均角分布系数S3、S4,它们对这四个新物理模型的贡献都不敏感。对于该过程的双轻子极化不对称参数,仅仅PNN和PTT对这四个新物理模型的贡献是敏感的。  随着LHC的进一步运行和未来将要运行的Super-b,更多的衰变道将被打开,这将为提供了更多的机会去了解和研究重味强子物理,尽管还面临很多问题,但它的研究是有价值的,也是有意义的。
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