基于因子化的拓扑图振幅方法研究B介子非轻衰变

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B介子衰变可以用来检验标准模型,在其中的无粲B介子非轻衰变中由于树图和企鹅图干涉引起的大的直接CP破坏对于研究标准模型中的CP破坏的来源非常重要。另外,类似中性K介子系统中的混合CP破坏,中性B介子系统中由于B0-(B)0的混合也会存在混合CP破坏,这些小的混合CP破坏可以用来寻找新物理。由于B介子非轻衰变过程初末态都会涉及强子,这些过程也可以用来研究强相互作用。但是反过来由于这些强子化过程涉及到低能标的QCD相互作用,因而我们不能对这些非轻衰变的多标度强子矩阵元进行直接的微扰计算。理论上有很多QCD的因子化方法或有效理论被提出来研究这些非轻衰变过程,目前最为常用的方法是基于重夸克展开的QCD动力学的方法以及软共线有效理论。这些方法或有效理论在重夸克展开的领头阶计算得比较好,在B介子非轻衰变中取得了一些进展。目前我们对于重夸克展开的高阶修正项的计算会破坏因子化定理,而这些高阶修正项在一些不可因子化贡献为主的B介子非轻衰变过程中不可忽略。因此,在基于QCD动力学的方法中仅仅包含重夸克展开的领头阶贡献的结果会出现和实验不符的问题。  由于目前我们还不能够很好地处理B介子非轻衰变中重夸克展开的高阶修正项,所以我们采用了一种新的方法——基于因子化的拓扑图振幅的方法分别研究了末态含重的D介子的B介子非轻衰变过程Bu,d,s→D(*)P(V)和无粲B介子非轻衰变过程Bu,d,s→PP,PV,其中P(V)表示轻的赝标介子(矢量介子)。基于因子化的拓扑图振幅的方法首先是类似传统拓扑图方法,将衰变过程分成很多拓扑图的贡献。然而不同于传统拓扑图方法,我们基于因子化假设考虑了每个衰变过程振幅之间的SU(3)味对称性破坏效应,在将表征SU(3)味对称性破坏效应的参数从拓扑图振幅中因子化出来之后,将剩下的不依赖于具体过程的贡献的大小x和强相位φ作为自由参数利用实验数据来拟合。由于我们考虑了每个衰变过程振幅之间的SU(3)味对称性破坏效应,振幅中所需要拟合的参数的数目比传统拓扑图方法中的要少很多。对于末态含D介子的B衰变过程,我们仅仅用了4个非微扰参数xC,φC,xE和φE分别描述所有衰变过程的颜色压低的发射图和W交换图的贡献。然后我们利用实验上由b→c跃迁引起的含D介子的B衰变过程中的31个分支比来整体拟合这4个参数,最后利用拟合好的参数,我们预言了由b→c和b→u跃迁发生的大约120个含D介子的B非轻衰变过程。对于目前实验上还没有测量到的衰变过程,我们作一下预言,等待未来LHCb和Belle-Ⅱ实验检验。由于我们考虑其中的SU(3)味对称性破坏效应,我们的结果不受限于SU(3)味对称性近似程度。对于无粲B介子衰变过程,除了树图之外,企鹅图的贡献也会比较大,这也使得这类过程在理论上的计算更为复杂。我们引入了比仅含树图的Bu,d,s→D(*)P(V)过程更多的参数来表示企鹅图的振幅的贡献。和传统拓扑图方法比较,我们待拟合的参数的数目还是少很多,并且我们拟合的结果(每个自由度的x2)也比他们的要小。我们预言了几乎所有的B→PP,PV的100左右个Bu,d和Bs衰变过程的分支比和CP破坏参数,并且也解释了其中长期存在的ππ和Kπ问题。这种由实验数据拟合出的主要是不可因子化的贡献可以用来检验B衰变中一些理论问题,例如因子化假设的合理性问题。通过将我们拟合的不可因子化贡献为主的参数结果与利用QCD的因子化方法所得到的重夸克展开的领头阶结果比较,我们发现对于以不可因子化贡献为主的拓扑图像颜色压低的发射树图和企鹅湮灭图,QCD的因子化方法计算的振幅比较小,尤其是QCD因子化方法在重夸克展开下的领头阶贡献几乎不能给出我们方法所预言的大的强相位,而这些大的强相位对于正确预言CP破坏参数非常重要。  基于因子化的拓扑图振幅的方法为我们研究B介子非轻衰变过程提供了另外一种重要途径,重要地是它从唯象上解释了在因子化框架下遗留的问题。通过将基于因子化的拓扑图振幅方法的结果和各种QCD的因子化方法计算的结果比较,我们知道目前从理论上对强相互作用的理解还是不够的。基于因子化的拓扑图振幅方法从唯象上给出了重要的目前基于QCD动力学的方法所不能计算的高阶修正项的大小和强相位。我们希望将来能够很好地基于QCD的因子化方法或者软共线有效理论来计算重夸克展开的高阶修正项,从而更好地理解低能强相互作用。
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