【摘要】：在過(guò)去的幾十年中,粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型得到了飛速的發(fā)展。尤其在2012年7月,ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)組發(fā)現(xiàn)的希格斯(Higgs)玻色子更標(biāo)志著標(biāo)準(zhǔn)模型獲得了巨大的成功。由于B介子(Bu,d,B,Bc)比較重,有豐富的衰變道可以研究,對(duì)這些衰變道的研究可以幫助人們精確檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型、尋找B介子系統(tǒng)的CP破壞以及探尋超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理信號(hào),具有十分重要的科學(xué)意義。在實(shí)驗(yàn)上,早期的兩個(gè)B介子工廠BaBar和Belle實(shí)驗(yàn)組收集了大量的B介子(主要為B(u,d)介子)產(chǎn)生和衰變事例,觀測(cè)到了 B介子系統(tǒng)存在較大的CP破壞,同時(shí)測(cè)量了很多稀有衰變道的衰變分支比、CP破壞和極化分?jǐn)?shù)等物理可觀測(cè)量,總的來(lái)說(shuō)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量值和標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)言在誤差范圍內(nèi)是符合的很好的,并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理。從2009年開(kāi)始,隨著大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC投入運(yùn)行,除了B(u,d)介子以外,越來(lái)越多的Bs/Bc介子產(chǎn)生和衰變事例被LHCb實(shí)驗(yàn)組收集,一些小分支比的衰變道也已被觀測(cè)到。未來(lái)隨著LHCb和Belle-Ⅱ的進(jìn)一步運(yùn)行,將把B介子的事例數(shù)提高約兩個(gè)數(shù)量級(jí),這將促使B物理研究進(jìn)入一個(gè)新的“黃金時(shí)代”。在理論方面,B介子物理理論研究的核心部分為強(qiáng)子矩陣元的計(jì)算。由于B介子衰變過(guò)程的動(dòng)力學(xué)十分復(fù)雜,目前為止仍然沒(méi)有一種完全自恰的方法,但存在幾種基于QCD動(dòng)力學(xué)的主流方法:即QCD因子化(QCDF)方法、微擾QCD(PQCD)因子化方法以及軟共線有效理論(SCET)。本文基于PQCD因子化方法,對(duì)所有Bs0→PP,PV,VV(其中P為輕贗標(biāo)量介子π,K,η('),V為輕矢量介子ρ,ωK,φ)兩體強(qiáng)子衰變做系統(tǒng)的研究和分析。我們將重點(diǎn)研究在PQCD框架下現(xiàn)在已知的也是主要的幾種次領(lǐng)頭階(NLO)修正的影響,主要包括頂角修正、夸克圈修正、色磁企鵝圖修正以及Bs→P躍遷形狀因子的NLO修正。首先在綜述部分,作者簡(jiǎn)要回顧了 B介子物理學(xué)的一些主要內(nèi)容,并對(duì)一些主流的因子化方法做簡(jiǎn)要的介紹,同時(shí)將重點(diǎn)介紹PQCD因子化方法以及幾種主要的NLO修正。論文的第三到第五章為工作部分,作者在次領(lǐng)頭階近似下利用PQCD因子化方法對(duì)所有Bs0→PP,PV,VV衰變道的衰變分支比、CP破壞、極化分?jǐn)?shù)以及相對(duì)相位等可觀測(cè)物理量做了系統(tǒng)的計(jì)算,通過(guò)我們的研究和分析發(fā)現(xiàn):(1)對(duì)于不同衰變道的分支比、CP破壞等可觀測(cè)物理量,NLO修正帶來(lái)的影響是不一樣的。對(duì)于已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的衰變道,例如Bs0→K0K0,K+K-,η'η',π-K*+和Bs0→K0K*0,K±K*(?),π-K*+以及Bs0→K*0K*0,φφ,K*0φ,當(dāng)我們考慮NLO貢獻(xiàn)以后,對(duì)其衰變分支比的PQCD理論預(yù)言值和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的符合程度有了明顯的提高。以衰變道Bs0→π-K*+為例,我們定義了理論預(yù)言值和實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的比值:R1=B(Bs0→π-K*+)exp/B(Bs0→π-K*+)PQCD。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)考慮NLO的貢獻(xiàn)以后,比值由R1LO=0.52增加到R1NLO=0.83。這表明NLO修正可以有效的增強(qiáng)PQCD理論預(yù)言值和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果之間的符合程度。(2)對(duì)于衰變道Bs0→K+K-,π-K+的CP破壞以及衰變道Bs0→φφ,K*0→φ和K*0K*0的縱向(橫向)極化分?jǐn)?shù)fL(⊥)、相對(duì)相位(φ‖,φ⊥)等而言,NLO修正的影響不大(小于50%),且NLO下的PQCD理論預(yù)言值跟其他方法得到的結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合的比較好。以衰變道Bs0→π-K+的直接CP破壞為例,NLO下PQCD的理論計(jì)算值為(23.8-6.5+6.4)%。這個(gè)結(jié)果跟QCDF((20.7-12.8+7.4)%)和SCET((20±25)%)的計(jì)算值以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)((27±4)%)在誤差范圍內(nèi)是一致的。(3)對(duì)于其余衰變道的分支比、CP破壞等其他可觀測(cè)物理量,PQCD的理論預(yù)言值總的來(lái)說(shuō)跟其他方法的計(jì)算結(jié)果在誤差范圍內(nèi)是一致的。未來(lái)高精度的實(shí)驗(yàn)將幫助我們來(lái)區(qū)別不同方法之間的差異。在第六章,作者對(duì)全文做了總結(jié)和展望。對(duì)于B(s)介子兩體強(qiáng)子衰變的高階修正的研究仍然是未來(lái)重味物理領(lǐng)域的一個(gè)重要領(lǐng)域。對(duì)于PQCD因子化方法而言,隨著更多次領(lǐng)頭階修正計(jì)算的完成,人們可以不斷提高理論預(yù)言的精度,為大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析提供強(qiáng)有力的支持。
【圖文】：

c夸克衰變過(guò)程c→suˉd的樹(shù)圖階費(fèi)曼圖

樹(shù)圖的單圈QCD修正的典型費(fèi)曼圖，，其中(a,b,c)和(d,e,f)分別對(duì)應(yīng)完Afull=GF√2VcsV ud1 + 2CFαs4π(1 + lnμ2 p2) S2
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O572.2

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