重味强子弱衰变及非微扰方法在其中的应用

论文摘要

在粒子物理中,重味强子弱衰变是精确检验标准模型、理解CP破坏乃至寻找新物理的一个理想平台。在不同的重味强子弱衰变中,半轻的树图弱衰变可以被用来精确测量CKM矩阵元,而底味强子的味道改变中性流过程则可以用来探寻新物理效应。通过理论和实验上对衰变分支比、衰变末态粒子的角分布、前反对称性、极化或自旋等物理量的计算和测量,人们可以定量地确定实验结果和标准模型预言的偏离程度,并根据这一偏离给出对新物理存在范围的限制。理论上重味物理研究的核心在于计算强子跃迁矩阵元,由于强子部分涉及低能标度,QCD的色禁闭效应使得微扰论在强子能标附近不再适用。理论上人们通常采用因子化方法分离衰变振幅中的高能可微扰计算部分和低能非微扰强子部分。一方面目前只有少部分的衰变过程已被证明是可因子化的,另一方面因子化在现阶段的证明只停留在幂次展开的领头阶,对于更高阶的证明目前还难以做到。除了因子化,人们在重味物理的研究中开发出了一些有效的非微扰方法,其中包括了光锥QCD求和规则、手征微扰论、味道SU（3）对称性分析、光前夸克模型以及格点QCD。本论文首先用手征微扰论系统地研究了两介子的标量、矢量和张量形状因子,同时采用幺正化的方法将形状因子的适用范围延拓到较高的能量区域。之后结合光锥QCD求和规则,本论文研究了一些由S-波共振态主导的重味介子弱衰变过程,其中分别对粲介子半轻衰变D→ππ?（?）和Ds→π+π-?ν,以及味道改变中性流引发的半轻过程Bs→π+π-l+l-（ν（?））进行了详细计算和分析。为了分离不同标度的物理,本文采用了光锥QCD求和方法计算初态强子跃迁到标量共振态粒子的矩阵元,并用介子标量形状因子描述末态两介子的相互作用。对于半轻衰变D→ππ?（?）本文给出了一个普适的并且包含任意ππ分波成分的角分布,也给出了分支比、前反对称性和一些其他的可观测量的计算结果。其中P-波的贡献由ρ0共振态主导,而S-波f0（980）的贡献则是通过幺正化的手征微扰论进行分析。对于Bs的味道改变中性流过程和半轻衰变Ds→π+π-?ν,本文利用经过标量形状因子归一化的S-波π+π-光锥分布振幅计算了强子跃迁形状因子。通过比较用幺正化的手征微扰论结果与用Bs→J/ψπ+π-数据进行拟合得到的标量形状因子,我们发现两者的形状是相似的。在唯象上我们预言了相关衰变道的微分衰变宽度,结果和实验基本符合。我们期望在未来BES-III,LHCb和Super-B工厂能够提供更多的实验数据来精确地检验我们的结果。利用味道SU（3）对称性和光锥QCD求和规则等方法,本文还分析了双重味重子的弱衰变过程。通过味道SU（3）分析,我们预言了不同双重半轻衰变宽度之间的关系,并针对双重味重子衰变到反三重态重子ΛQ的过程做了详细的研究。首先我们论证了在重夸克极限下底味和粲味末态重子可以由同一套光锥分布振幅来描述,然后采用光锥QCD求和规则计算了双重味跃迁到单重味重子的状因子,数值结果显示形状因子f1和g1在最大反冲时的数值大小相近,这意味着在双重味重子的衰变过程中可能仍然存在重夸克对称性。另外,本文对双重半轻过程的衰变宽度和分支比的计算结果和以往文献中给出的是基本一致的。我们期望这些唯象结果可以通过未来的LHCb以及其他实验进行验证,同时也相信光锥QCD求和规则对于双重形状因子的研究将有助于检验并且理解重子的光锥分布振幅。在不久的将来,LHCb,BES-III以及其他实验组将提供更多更精确的测量结果,为标准模型的验证、强子谱的研究乃至新物理的寻找指引方向。在理论上人们不仅需要对现有过程提高计算精度,更需要发展新的理论方法,包括新的有效理论或者非微扰方法,从而进一步理解强子结构以及QCD低能动力学机制。因此可以预期重味物理对于人们理解基本粒子及其相互作用仍将起着至关重要的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第二章 重味物理中的非微扰理论方法
•   2.1 QCD求和规则
•     2.1.1 SVZ求和规则
•     2.1.2 光锥QCD求和规则
•   2.2 手征微扰论
•     2.2.1 有效场论
•     2.2.2 QCD的手征破缺和强子谱
•     2.2.3 Goldstone玻色子
•     2.2.4 手征有效拉氏量
•   2.3 味道SU（3）对称性
•     2.3.1 强子多重态
•     2.3.2 有效哈密顿量的不可约表示
•     2.3.3 有效哈密顿量的拓扑图表示
• 第三章 用手征微扰论计算低能介子形状因子
•   3.1 手征微扰论及其幺正化方法
•     3.1.1 幂次估计和重整化
•     3.1.2 双介子系统的同位旋本征态
•     3.1.3 介子-介子散射振幅
•     3.1.4 幺正化方法
•   3.2 介子低能形状因子
•     3.2.1 标量形状因子
•     3.2.2 矢量形状因子
•     3.2.3 张量形状因子
•   3.3 本章总结
• s）,B_s衰变中的手征动力学和S-波贡献'>第四章 多体半轻D（D_s）,B_s衰变中的手征动力学和S-波贡献
•   4.1 共振态近似方法计算D→ππ矩阵元
• 0形状因子计算'>    4.1.1 LCSR框架下的D→f₀形状因子计算
•     4.1.2 手征动力学对共振态近似的修正
•     4.1.3 D→ρ形状因子
• s→ππ矩阵元'>  4.2 光锥分布振幅方法计算B_s→ππ矩阵元
•     4.2.1 广义LCDAs
•     4.2.2 标量ππ形状因子的Breit-Wigner描述
• s→ππ形状因子'>    4.2.3 B_s→ππ形状因子
• s）→ππφV唯象分析'>  4.3 D（D_s）→ππφV唯象分析
•     4.3.1 微分和积分衰变宽度
• π+角分布'>    4.3.2 θ_π+角分布
• l角分布和前反对称性'>    4.3.3 θ_l角分布和前反对称性
•     4.3.4 φ角分布
• s→π⁺π^-半轻衰变唯象分析'>  4.4 B_s→π⁺π^-半轻衰变唯象分析
• s→π⁺π^-l⁺l^-'>    4.4.1 B_s→π⁺π^-l⁺l^-
• s→π⁺π^-vv'>    4.4.2 B_s→π⁺π^-vv
•   4.5 本章总结
• 第五章 双重味重子弱衰变的唯象研究
•   5.1 双重味重子弱衰变的SU（3）分析
•     5.1.1 粒子多重态的表示
•     5.1.2 双重味重子半轻衰变
•     5.1.3 黄金衰变道分析
•   5.2 用LCSR计算双重味重子衰到反三重态重子弱衰变
•     5.2.1 单重味重子的光锥分布振幅
• QQ'q→∧_Q'形状因子定义'>    5.2.2 Ξ_QQ'q→∧_Q'形状因子定义
•     5.2.3 双重味重子衰变的LCSR方法
•   5.3 基于SVZ求和规则的计算
•   5.4 数值结果与唯象应用
•     5.4.1 形状因子数值结果
•     5.4.2 半轻衰变
•   5.5 本章总结
• 第六章 总结和展望
• χPT中介子-介子散射振幅表达式'>附录A^χPT中介子-介子散射振幅表达式
• χPT中介子形状因子表达式'>附录B^χPT中介子形状因子表达式
•   B.1 标量形状因子
•   B.2 矢量形状因子
•   B.3 张量形状因子
• 附录C 螺旋度振幅方法
•   C.1 强子部分振幅
•   C.2 轻子部分振幅
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表以及完成的学术论文

文章来源

类型: 博士论文

作者: 施瑀基

导师: 王伟

关键词: 重味强子,弱衰变,非微扰,求和规则,手征微扰论,味道对称性

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 上海交通大学

分类号: O572.2

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.001891

总页数: 154

文件大小: 4577K

下载量: 16