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重味强子具有很大的质量,可以导致丰富的唯像学。B介子弱衰变是测量夸克混合矩阵元(CKM),探寻电荷共轭.宇称联合变换(CP)对称性破坏机制的起源,检验量子色动力学(QCD)和弱电标准模型,寻找新物理的迹象和理解因子化定理的理想场所。
本文在基础理论部分首先简明地介绍了B物理领域的基本知识,包括CP破坏的标准模型机制和分类、CKM矩阵,介绍了如何利用算符乘积展开和重整化群方法将高标度的物理吸收到Wilson系数中,低标度的物理用四夸克有效算符表示,关于它的矩阵元的计算目前国际上流行的几种理论工具都是基于因子化理论。然后详细说明了其中的PQCD因子化的理论框架:kT因子化的证明和Sudakov因子如何使PQCD方法更加自洽。本篇博士论文的工作都是基于PQCD因子化方法。
通过对B(s)到一个D介子和一个轻介子的衰变和B(s)介子到两个D介子的衰变的研究,我们系统的完善了用PQCD方法对末态含有D介子的B介子衰变的研究。虽然与末态都是轻介子的情况相比,D介子的质量不能忽略,但在mD/mB和AQCD/mD展开的领先阶下,因子化定理和PQCD方法仍适用于这类过程。在B(a)→D(*)M(P,V)衰变过程中,很多衰变道的非因子化发射图和湮灭图的贡献有可能会很大,这与月到轻介子衰变的情况不同。两个衰变道宽度的比值r=|A(B-→D0K-)/A(B-→D0K-)|与抽取CKM相角γ的精度有关,我们的计算结果为r=0.092+0.012+0.003-0.003-0.003,这个数值表明Gronau-Wyler方法抽取γ值的方法不是十分有效。在末态含两个D介子的过程中,理论上关于分支比的结果大部分都与已有的实验符合的非常好,并指出可因子化发射图给出主要的贡献;直接CP破坏的结果都非常小,说明如果实验上发现的个别道的大的直接CP破坏可靠,将会作为新物理的一个信号;末态含两个矢量D介子的衰变中,横向极化分数都在40%-50%之间,但它们会极敏感的依赖于r=mD*/mB的下一阶;中性只介子衰变中的混合CP破坏的结果较大,与已有的一些实验也相符,可以用来跟其他方式测得的sin2β作一个相互印证。
另外本文还在PQCD框架下研究了月到两种方案描述下的标量介子的形状因子,发现大的标量介子的衰变常数会导致B→S形状因子比B→P的要大,并指出在两种方案中,扭度3的光锥分布振幅给出一半还多的贡献;我们还预言了半轻B→Slv和B→Sl+l-衰变的分支比分别在10-4,10-7量级,这些结果都需要未来实验的检验。