微扰QCD因子化方法与B→K～*K（η～（′））衰变研究

论文摘要

B介子系统的CP破坏、标准模型理论的精确检验、发现新物理存在的证据是B物理实验探测和理论研究的三个主要目标。在实验方面，1999年以来，美国和日本的B介子工厂相继投入运行，到目前为止已发表了一批重要的实验数据：例如，观察到中性B介子系统中的CP破坏效应，测量了B→ππ，πK等两体非轻衰变模式的分支比。此外欧洲的LHC-b年底也将投入到B物理的实验研究中去，预计今后十年将能够对分支比为10-6量级的衰变道给出具有很好统计性的实验结果，为B物理的理论研究提供坚实的实验基础。丰富的实验说明现在正是重味物理研究的黄金时期，标准模型是否是CP破坏的唯一来源有可能由B介子工厂实验验证。然而，由于对B物理的研究涉及自由度多、标度多的特点，尤其是强相互作用的非微扰效应的存在使得算符的强子矩阵元计算成为一大难点，不得不采用唯象模型的方法，目前常用的计算强子矩阵元的方法有：简单因子化方法，QCD因子化（QCDF）方法和微扰QCD（pQCD）因子化方法等。本文是利用基于kT因子化的微扰QCD因子化方法对B介子两体非粲强子衰变过程的某些衰变道做了具体地计算和分析，得到了一些有意义的结果。我们首先从基本的有效理论开始，介绍了几种强子矩阵元的计算方法，主要介绍了本文所采用的微扰QCD方法，并对B介子系统中的CP破坏效应进行了分类；然后利用该方法计算了B→K*K和B→K*η（′）两个衰变的分支比、直接CP破坏和混合CP破坏的大小，并将结果与QCD因子化预言及最新的实验数据进行比较和分析，同时对各种不确定因素进行了讨论；最后对微扰QCD方法的发展做了展望。主要结果有：●从衰变分支比来看，对于B→K*K衰变，微扰QCD因子化预言在实验上限以内，但与QCD因子化结果相比，部分衰变道的结果偏大；对于B→K*η（′）衰变，微扰QCD预言与QCD因子化结果相符，然而对末态含η′的道与实验符合很好，而末态含η衰变的道小于实验测量值。●从CP破坏来看，B→K*K衰变的微扰QCD预言与QCD因子化结果在较大误差范围内是一致的；对于B→K*η（′）衰变的CP破坏，pQCD理论预言了实验给出的小的CP破坏。●微扰QCD理论预言还存在很大的不确定因素，理论计算的误差还比较大，主要来自于B介子的形状参数和弱相角。●这些衰变道的分支比都比较小。一般来说，这些小分支比的稀有衰变道，对新物理比较敏感，可以检验标准模型，并有可能发现新物理存在的证据和信号。B介子的非轻弱衰变是粒子物理学中的一个很重要的研究课题，任何理论上的突破都会引起广大的关注。微扰QCD因子化方法在强子矩阵元精确计算方面向前迈出了很大的一步，我们期待理论的进一步突破。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第二章 基础理论及微扰QCD
• 2.1 B介子弱衰变的物理图景
• 2.2 低能有效哈密顿
• 2.3 强子矩阵元的计算方法
• 2.4 微扰QCD因子化方法
• 2.4.1 三标度因子化定理
• T的引入'>2.4.2 横动量k_T的引入
• 2.4.3 Sudakov压低因子
• 2.4.4 阈值求和
• 2.4.5 小结
• 2.5 强子波函数
• 2.5.1 重赝标介子波函数
• 2.5.2 轻赝标介子波函数
• 2.5.3 矢量介子波函数
• 2.5.4 小结
• 2.6 B介子系统中的CP破坏
• 2.6.1 间接CP破坏
• 2.6.2 直接CP破坏
• 2.6.3 混合型CP破坏
• 2.7 本章小结
• 第三章 微扰QCD解析计算
• *K和K^*η^′衰变费曼振幅解析计算'>3.1 B→K^*K和K^*η^′衰变费曼振幅解析计算
• 3.2 衰变振幅的解析表示
• *K衰变'>3.2.1 B→K^*K衰变
• *η^′衰变'>3.2.2 B→K^*η^′衰变
• 3.3 本章小结
• 第四章 数值计算结果及相关分析
• 4.1 分布振幅与输入参数
• 4.1.1 光锥分布振幅
• 4.1.2 其它的参数
• 4.2 分支比的数值结果及其分析
• *K衰变'>4.2.1 B→K^*K衰变
• *η^′衰变'>4.2.2 B→K^*η^′衰变
• 4.3 CP破坏及其分析
• 4.4 讨论和总结
• 第五章 总结与展望
• 附录A 反面B→P八个图的费曼振幅
• 附录B Sudakov因子
• 附录C Wilson系数
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的论文
• 致谢