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本文主要在标准模型和双Higgs二重态模型III(2HDM III)中,对B介子衰变到一个赝标介子和一个矢量介子的过程B→PV进行了比较系统的研究,得到了一些有意义的结果,另外,基于目前最新的实验数据,对B→ππ,πK过程进行模型无关的分析,对这些目前在理论和实验中存在puzzle的过程给出了新物理的可能的解决方案。最后,探讨了一组B介子的纯湮灭衰变过程。
自T(4S)(bb)发现以后,B物理作为检验标准模型,验证QCD,寻找CP破坏机制,探究新物理的最佳场所,越来越受到粒子物理学家的重视,粒子物理标准模型(SM)虽然已经被大量的精确实验所检验,但是标准模型中Higgs机制所预言的中性Higgs粒子至今仍然没有在实验上被发现.另外标准模型本身还具有一些平庸性和不自然性的问题,而且模型太多的自由参数,也让我们有理由相信标准模型并不是一个终极理论,在更高的能标(如:TeV能标),应该存在某种更为基本的理论,而标准模型则只是在较低能标处的一个有效理论.目前有很多超出标准模型的新物理模型,都不同程度以不同的形式对标准模型进行了扩充,主要有双Higgs二重态模型,超对称模型,Technicolor模型,小Higgs模型等等,双Higgs二重态模型作为对标准模型的一个最简单的扩充,能够提供比标准模型更多的CP破坏源,是一个颇具吸引力的最简单的新物理模型.
在论文的综述部分(前三章),笔者首先对双Higgs二重态模型作了比较详细的介绍,然后,在标准模型中对B介子衰变的理论研究框架作了简单介绍.介绍了有效哈密顿量方法,Wilson系数的抽取和重整化群的演化以及B介子系统CP破坏的定义和分类,给出了相关的理论公式.
在第四章论文的工作部分,在双Higgs二重态模型III中计算了B→PV衰变系统的衰变分支比和直接CP破坏.考虑了模型中新的荷电Higgs粒子和中性Higgs粒子参与相互作用从而对Wilson系数的修正.在处理强子矩阵元时,笔者介绍并比较了几种不同的因子化方案,主要有推广的因子化方案,QCD因子化方案和微扰QCD方案.为着重研究新物理的效应,在数值计算中,本文简单的采用所谓的推广的因子化方案来估算新物理对这些衰变道的影响.结果发现,在一些衰变道中,新物理对CP破坏的影响比较大,可以作为在将来的B工厂和LHCb上寻找新物理信号的依据.
在论文的第五章,基于最新的实验数据,笔者对B→ππ,πK过程进行了模型无关的分析.结果发现现有的实验数据仍然暗示着这两类衰变道中比较大的色压低树图的贡献.在B→ππ系统中,0.6≤|C|/|T|≤0.7;在B→πK系统中,|C/T|≈1.2,并且暗示着色压低树图具有较大的强相位δC≈-2.65.如果实验数据可信,在标准模型中,这不仅意味着SU(3)对称性的完全破缺,也意味着因子化方案的失效.因此,在这两类衰变系统中的谜团仍然存在,为了探索这两类衰变系统中可能存在的新物理,本文考虑了两种不同的新物理的方案,一是引入新的电弱企鹅图的强相位,二是引入新的电弱企鹅图的弱相位的,结果发现,新物理相位的引入可以明显改善理论计算结果与实验测量数据之间的矛盾,现有的实验数据表明,需要一个比较大的电弱企鹅图的新物理的强或弱相位.
在论文的第六章,研究了B0→ K+K-,K*±K(-+),K*+K*-的纯湮灭图衰变,为了解决QCD因子化过程中的胶子传播子的端点发散,可简单的采用引入胶子的动力学质量来克服,计算结果发现,在mg~450MeV附近,理论计算结果与现有的实验结果吻合,并且预言了比较大的直接CP破坏.
最后介绍了一些其他的工作并对全文进行了总结,对未来的B介子物理的实验和理论研究作了讨论和展望.