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B介子非轻衰变在帮助我们理解标准模型的味结构、CP破坏的起源、强子衰变的动力学机制、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介子非轻衰变及其中的CP破坏的研究也就构成了当前比较活跃的研究领域之一。
然而,由于B介子衰变中的非微扰强相互作用效应的影响,使得我们在计算初态B介子到末态强子间的矩阵元时会遇到很多问题。例如,在对硬散射核做共线近似时我们会遇到端点发散问题。为了有效地计算强子矩阵元,我们采用Cornwall所提出的具有动力学质量的有效胶子传播子来消除端点发散问题:而对于夸克传播子上所出现的物理奇点,我们则采用Cutkosky规则来处理。在现有的理论框架下并将这两种技巧结合起来,就是我们的所谓的“QCD改进的因子化方法”。在论文的前三章中,作者首先简要地概述了与B介子衰变相关的基础知识和理论工具。接着作者给出论文的主体部分,主要有以下三部分组成:
首先,采用“QCD改进的因子化方法”,作者详细地研究了纯湮灭衰变过程B0→K+K-,K*±K±和K*+K*-中的分支比,强位相和CP破坏。计算结果表明:在树图振幅和企鹅图振幅之间有比较大的干涉效应,并且存在着较大的相对强位相,因此过程中的直接CP破坏和混合CP破坏都比较大。另外,对于B→K+K-过程的分支比来讲,作者发现:当胶子动力学质量mg取420 MeV时,作者的预言值和微扰QCD的结果符合得很好。
基于上述工作,作者用“QCD改进的因子化方法”又计算了B→Dπ衰变过程中(包含色允许的、色压低的、以及双重Cabibbo压低的过程)所有六夸克参与的相关费曼图,并预言了这些过程的分支比和CP破坏。首先,作者以目前实验上测量得比较好的B0→D+π-过程为基础,定出胶子动力学质量mg=440 MeV;接着,作者把该胶子质量应用到其它衰变过程中,结果发现对分支比的预言与目前的实验数据都符合得很好。因为在B→Dπ衰变过程中没有企鹅算符的贡献,并且Cabibbo压低的振幅和Cabibbo允许的振幅间的干涉强度很小,所以作者给出的B→D±π±过程中的混合CP破坏也很小,并且在1σ范围内和实验相符。作者期望将来更精确的实验结果可以让我们通过该过程对弱相角2β+γ给出比较好的限制。
最后,采用推广的因子化方法,作者在标准模型和双Higgs模型III中研究了除纯湮灭过程之外的所有两体无粲B→VV衰变过程(其中V代表轻欠量介子),并重点考虑了新物理对衰变分支比、CP破坏以及纵向极化分量的影响。最后结果发现:在双Higgs模型中,新物理对衰变分支比和极化分量几乎没有影响;由于该模型包含有比较丰富的CP破坏源,所以新物理对CP破坏有很大的影响,尤其是对企鹅图贡献为主的过程中的CP破坏影响更为显著,这为在将来的B物理实验上发现新物理提供了很好的信号。