微扰QCD因子化方法计算B介子非轻衰变

发布时间：2020-04-12 23:46

【摘要】：自L.Lederman在费米实验室发现了束缚态γ(bb)粒子进而证实了 b夸克的存在以来,开启了对含有“b”夸克的介子或重子(简称B物理)深入研究的时代。实验上,LHCb、Belle、BaBar等实验组每年收集到大量的B介子衰变事例,使得我们通过实验能够进一步得到B介子的基本性质。其中,B介子衰变的深入研究不仅能够验证CP破坏的起源,而且还能够为我们提供探索其衰变过程中丰富的QCD动力学机制。理论上,目前已经建立发展起来了许多因子化方案用来计算B介子衰变过程中的强子矩阵元。其中,基于KT因子化建立起来的微扰QCD因子化方法是一种能够处理因子化图、非因子化图以及湮灭图等贡献,输入参数仅是非微扰普适的介子波函数的一种因子化方法。本文主要在微扰QCD因子化方法的理论框架下计算了 B介子三体非轻衰变和两体非轻衰变。B介子三体非轻衰变过程一般以中间矢量和标量共振态为主,即通过含有共振态和赝标量介子的类两体衰变进行。通常情况下,由于幂次压低效应,B介子三体衰变中重的b夸克衰变内核在领头阶包括两个虚胶子,这使得衰变振幅直接计算比较困难。因此,我们在微扰QCD因子化框架下将衰变末态的两个轻介子看成是轻介子对,同时引入非微扰的介子对分布振幅,并且介子对分布振幅中引入包含共振态和非共振态贡献的类时标量形状因子,于是B介子三体衰变就简化成一般形式下的类两体衰变。在第一项工作中,我们对B0→ψ(3770)π+π-衰变做了详细的理论研究。粲偶素ψ(3770)介子主要看成是2S-1D波的混合态。所以我们在计算中,分别对S波和D波的贡献做了理论计算,并且考虑了f0(980)和f0(1500)两个中间共振态。对于S-D波的混合角,我们选用在拟合轻子衰变宽度以及非相对论势模型下计算得到的混合角度θ=-(12±2)°和θ=(27±2)°。最后结论部分,我们给出了 2S和1D波部分的衰变分支比,结果显示f0(980)是Bs0→ψ(2S,1D)π+x-衰变的主要贡献来源。对于总的S波贡献,Bs0→ψ(2S)π+π-的理论计算结果与实验符合较好;而对于Bx0→ψ(3770)π+π-衰变引入混合角θ=-12°之后,它的分支比比Bs0→ψ(1D)π+π-的增大了两倍。这一衰变道将来实验上一旦观测到,一方面可以帮助我们理解ψ(3770)的混合机制,另一方面也可以揭示三体衰变的内部机制。第二项工作中,我们首次对B介子两体稀有衰变Bs0→a0(980)a0(980)做了预测性的计算。众所周知,稀有衰变是验证标准模型以及QCD的丰富领域,因为初末态介子的夸克组分不同,所以它只有湮灭图的贡献。在QCD因子化方法的框架下认为存在端点发散的湮灭图的贡献一般是不可计算的。而微扰QCD因子化方法不同,认为上面所说的端点发散可以被微扰QCD中的Sudakov因子所修正。在计算过程中,我们将标量介子a0(980)看成正反夸克对,分别考虑了末态为带电和中性标量介子a0(980),计算了B0→a0(980)a0(980)衰变分支比和CP破坏,发现存在较大的分支比和CP破坏。这使得这个衰变道容易被实验探测到,而且这一结果将会帮助我们理解轻标量介子的内部结构。
【图文】：

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图 3.1 介子形状因子的软胶子贡献费曼图我们给出了 Sudakov 因子的效果图。我们可以看指数衰减的趋势，当 b 达到最大值并且接近于到最小值，基本上趋于 0，这时 Sudakov 因子的，Sudakov 因子的取值接近 1，压低效应消失。因，也使得微扰计算更可靠。

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图 3.1 介子形状因子的软胶子贡献费曼图如图(3.2)，我们给出了 Sudakov 因子的效果图。我们可以看到，，在 b 逐渐的时候，图像呈指数衰减的趋势，当 b 达到最大值并且接近于QCD1 的时Sudakov 因子取到最小值，基本上趋于 0，这时 Sudakov 因子的压低效应很明当 b 很小的时候，Sudakov 因子的取值接近 1，压低效应消失。因此，小 b 区贡献是主要贡献，也使得微扰计算更可靠。bx
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O572.33

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