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重昧物理,尤其是B物理,在检验标准模型、探索CP破坏的起源以及寻找新物理存在的迹象等方面发挥着十分重要的作用。相应地,对B介子衰变及其中的CP破坏的研究也就构成了当前比较活跃的研究领域之一。
在广泛被采用的QCD因子化框架下,本论文对当前比较感兴趣的一些B介子两体非轻无粲衰变过程进行了详细的唯象分析。首先,简要地概述了与B介子衰变相关的CKM矩阵和幺正三角形,以及重整化群和算符乘积展开等基础知识,并给出了有关Wilson系数的抽取、描述B介子非轻衰变的低能有效哈密顿量以及过程中的各种CP破坏等内容;其次,笔者回顾了几种用来计算强子矩阵元的方案,并重点讨论了本论文所采用的QCD因子化方法,包括该方法的物理图像、形式化的证明、方法的局限性以及最近的进展等;最后,本给出论文的主体部分,主要由以下三部分组成:
首先,基于最新的实验数据,并考虑到由b→Dg*g*(其中,D=d或s,分别代表下(down)夸克或奇异(strange)夸克;g*代表离壳(off-shell)的胶子)跃迁引起的、与企鹅图收缩相应的旁观者硬散射振幅的贡献,我们在QCD因子化框架下,对B→ππ和B→πK过程重新进行了分析。计算结果表明:这些O(α2s)阶的企鹅收缩贡献可以对以企鹅图贡献为主的B→πK过程的分支比提供大约30%的增强,从而可以显著地改善理论预言与实验数据之间的不一致:但它们对以树图贡献为主的B→ππ过程的分支比的影响却很小;虽然与有效四夸克算符收缩相应的每单个费曼图的贡献都带有很大的强相位,但当把它们的贡献求和之后,由这些高阶修正所带来的总的强相位却很小。因此,这些高阶企鹅收缩贡献对这些衰变过程的直接CP破坏的影响很小;另外,由于它们对衰变振幅的贡献本质上是相似的,这些高阶修正的效应会在相应的分支比之间的比值中相互抵消掉,从而使得这些比值基本上不受它们的影响。
基于上述工作,在QCD因子化框架下,本文又对B介子衰变到末态包含一个赝标量介子(P)和一个矢量介子(V)的两体非轻无粲衰变过程进行了详细的唯象分析,并重点讨论了与企鹅图收缩相应的旁观者硬散射振幅对它们的分支比以及直接CP破坏的影响。结果发现:一般来讲,这些高阶修正对以企鹅图贡献为主的B→PV过程的影响比较大;对于某些具体的衰变道(比如那些以有效系数αp4(PV)为主的过程)来讲,它们的影响是十分显著的;由于B→πK+和B→pK与B→πK具有相同的味结构,因而涉及到相同的电弱物理,笔者还对前者进行了比较详细的分析和讨论,以期有助于加深对所谓的“πK”困惑的理解。
当前,对于实验上所观测到的B→φK*过程中的极化反常现象,笔者仍然无法在标准模型中给出一个很好的解释;另外,QCD因子化方法所预言的B→ηK*过程的分支比也比实验上测量到的数值小很多。因此,笔者并不能排除由这些衰变过程所暗含的可能的新物理效应。针对以上事实,本文考虑了具有σμv(1+γ5)◎σμv(1+γ5)结构的反常张量算符对这些过程的影响。由于这类张量算符只对B→VV过程的横向极化振幅有贡献,它们可以对B→φK*过程中的极化反常现象给出一个简单的解释;同时,笔者还发现这类张量算符也可以解释实验上所测量到的B→rηK*过程的大的分支比,并满足B→ηK过程的实验限制;通过具体的数值分析,笔者找到了满足所有这些实验数据的参数空间,并且发现它们是以色八重态算符贡献为主的;在上述参数空间下,本文还讨论了它们对Bs→φφ过程的影响,相应的预言结果可以在Tevatron和LHC-b等实验上得到检验。