PQCD因子化方法与轻介子形状因子研究

来源 :南京师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:nm100
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B介子物理学是粒子物理理论和实验研究的热点领域。首先在理论方面,B介子弱衰变的研究对标准模型的精确检验和寻找超出标准模型的新物理信号均具有重要意义。B介子的弱衰变过程涉及多个能量标度,使用的基本理论框架是低能有效哈密顿量方法。基于kT因子化定理的微扰QCD (PQCD)因子化方法是B介子弱衰变过程研究所使用的主流因子化方法之一。对于微扰QCD因子化方法,人们保留横动量以解决端点发散的问题,通过对大的双对数发散项的重求和得到Sudakov因子,进一步压低端点区域的发散行为,进而保证微扰QCD计算的收敛性。在实验方面,美国和日本的两个B介子工厂实验发现了 B介子系统的CP破坏,对B介子的各类衰变过程做了全面的实验测量,采集了大量的数据。在欧洲核子中心的大型强子对撞机(LHC)上工作的ATLAS和CMS合作组发现了希格斯粒子。除了Bu,d介子系统,在LHC上工作的LHCb合作组还对Bs,Bc介子系统和含b重子系统的产生和衰变做了研究。日本超级B工厂的Belle-Ⅱ实验也将在2017年投入物理运行。LHCb实验和Belle-Ⅱ实验将提供海量的高精度实验数据,这就要求我们提高理论计算的精度,以支持对高能物理实验数据的唯象分析。所以对相关B介子衰变过程可观测物理量的高阶修正的计算和唯象分析就显得非常重要。目前,在标准模型理论框架下,人们已经对B介子的主要衰变过程做了系统的研究。但是对于B工厂实验和LHC实验上发现的一些反常现象,还是难于给出令人满意的理论解释,存在一些“反常”,需要解决。所以人们迫切要求提高计算的精度和可信度,需要考虑标准模型下的高阶效应,计算新物理模型下的新物理贡献,以推动量子色动力学的发展和微扰QCD因子化方法的发展,同时为海量实验数据的唯象分析提供理论依据和支持。在本学位论文中,作者在第一章引言部分给出背景介绍。在第二章重点介绍了标准模型的弱相互作用理论和量子色动力学(QCD)的基本理论框架。在第三章对因子化理论给出阐述,对不同的因子化方法给出介绍,最后着重介绍了基于kkT因子化方案下的微扰QCD因子化方法。第四章和第五章包含了作者的主要工作部分。作者在微扰QCD因子化方法下,在研究了轻赝标介子跃迁过程πγ*→γ(π)的红外发散因子化、以及在此基础上对该遍举过程次领头阶硬核的修正计算之后,将该方法推广到涉及轻矢量介子ρ的跃迁过程中。作者对涉及ρ介子的遍举过程ργ* → ρ和Pγ*→ π 做了详细的解析计算,主要结果为:(1)我们通过对ργ* → π和ργ** → ρ两个跃迁过程的研究,对ρπ跃迁形状因子Q4Fρπ(Q2)和ρ介子电磁形状因子FLL,LT,TT(Q2)和F1,2,3(Q2)做了领头阶的微扰计算,并给出了数值结果。对ργ* → π跃迁过程,我们发现对跃迁形状因子Q4Fρπ(Q2)的主要贡献来自正比于分布振幅ΦρT(x11)ΦπP(x2)的项。在PQCD因子化方法下给出的跃迁形状因子Q4Fρπ(Q2)对Q2的依赖关系的理论预言值与AdS/QCD模型和光锥求和规则是一致的。对ργ* → ρ过程,ρ介子的电磁形状因子FLL,LT,TT(Q2)从极化的角度分析存在一个近似的关系:FLT(Q2) >FLL(Q2)>>FTT(Q2)。虽然从渐进行为来看FLL(Q2)相比FLT(Q2)有一个Q/Mρ的增强,但其自身有x2的压低,这与我们的结果是一致的。在Q2>3GeV2区域,电磁形状因子F1,2(Q2)的PQCD理论预言值与光锥求和规则是一致的,但是F3(Q2)的PQCD预言值却远大于光锥求和规则的预言值。(2)在共线因子化方案下,我们完成了对ργ*→ ρ过程的次领头阶因子化证明,并将其推广到kT因子化方案下,同时给出了 ρ介子分布振幅的非定域矩阵元。我们发现过程中出现的软发散相互抵消,共线发散被吸收到ρ介子波函数中,可以把振幅安全的写成硬核和介子波函数的卷积。
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