重味介子性质及量子场论高阶修正问题研究

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本文对重味介子性质以及量子场论高阶修正若干问题进行了研究,包括:(1)P波态重夸克偶素到双介子衰变问题的研究;(2)NRQCD因子化下xbJ到双-J/ψ遍举衰变的次领头阶量子色动力学修正;(3)xcJ在B工厂中单举产生的次领头阶量子色动力学修正;(4)标准模型中125 GeV Higgs玻色子衰变到轻子对加光子的重建;(5)Bc介子到轻子衰变过程的两圈量子色动力学修正。  重夸克偶素由于其衰变末态信号干净,实验上容易探测,从被发现起就一直被广泛地研究。S-波态的夸克偶素产生衰变过程在次领头阶水平下已经被进行了广泛地研究,然而对P-波态重夸克偶素的研究相对较少。为了更好地理解重夸克偶素的性质以及探索非相对论量子色动力学(NRQCD)有效场论,我们需要对P-波态重夸克偶素进行更多的研究。我们对P-波态夸克偶素(xbJ/xcJ)到双介子的衰变过程进行了计算研究,末态的双介子还包含了它们是双J/ψ的情况。初态夸克重偶素采用非相对论量子色动力学有效场论的方法进行处理,末态介子按照光锥分布振幅展开到了扭度-3。当末态双介子是矢量介子时我们还考虑了末态矢量介子各种可能极化的振幅。除了xbJ到双J/ψ的衰变过程以外,其他衰变道关于光锥分布振幅展开收敛的效果都比较好。我们的计算也为BESⅢ上观察到的强子螺旋度选择定则破坏现象xc1→φφ,ωω提供了一种可能的解释。  由于前面计算的xbJ到双J/ψ衰变过程按光锥分布的扭度展开收敛不好,我们在NRQCD因子化方法下计算了xbJ到双J/ψ衰变过程的次领头阶量子色动力学修正,所有的发散最后都完全消除并且我们得到了有限的解析衰变宽度。对于xb1→J/ψJ/ψ衰变过程树图贡献为零,其领头阶贡献来自一圈图。数值计算表明xb0→J/ψJ/ψ衰变过程具有很大的次领头阶修正。对于xb2→J/ψJ/ψ衰变过程能标依赖在很大程度上被次领头阶修正压低了,从而领头阶计算的不确定度被很大程度上减小了。xbJ到双J/ψ衰变的三个道(J=0,1,2)的总分支比都在10-5数量级,预示着在LHC上和未来BELLEⅡ(super-B)工厂上应该能够对它们进行探测。  S-波态夸克偶素在B工厂中的产生过程的次领头阶修正已经被很多合作组进行了计算,然而P-波态过程的计算大部分研究都停留在领头阶的计算上,尤其是单举过程的研究更少。在非相对论量子力学框架我们首次计算了P-波态重夸克偶素xcJ(3P[1]J,3S[8]1)在B工厂中单举产生的完整次领头阶修正,其中色单态3P[1]J和色八重态3S[8]1都被考虑在内。对于3P[1]0态和3S[8]1态都出现很大的次领头阶QCD修正。数值结果表明xcJ三种自旋态的产生截面量数级都在10fb,随着未来高亮度的BELLEⅡ(super-B)工厂的运行应该能够对xcJ的单举产生截面进行精确的测量和研究。  为了确定ATLAS和CMS合作组新发现的125GeV的玻色子就是标准模型下的Higgs粒子,以及研究它更多的内禀性质,对其更多衰变道的测量分析是必要的。我们完整地计算了标准模型下125GeV Higgs玻色子衰变到轻子对加光子的过程,并且对LHC下相应的背景进行了分析。我们发现当光子和轻子对能量大于1GeV时H→l(l)γ(l=eorμ)的分支比约为H→μ+μ-过程的三分之二。对于末态轻子对是不同螺旋度的情况时,我们计算了的极化衰变宽度。这个过程主要贡献来自于轻子对的不变质量在Z玻色子质量附近,这有助于有效地压低相应的背景。假如目前LHC发现的这个粒子就是标准模型的希格斯玻色子,随着LHC下一轮的运行以及数据的不断积累,我们相信这个道应该是能够被观测到的。  作为唯一一个包含两种不同重味夸克的介予,对Bc介子的研究为检验标准模型和量子色动力学提供了一个很好的平台。在非相对论量子色动力学框架下,我们计算了赝标量Bc介子纯轻衰变的两圈QCD修正并得到了完全解析的结果。我们计算过程中出现的两类新的主积分首次被完整地解析计算出来。通过完全微扰QCD计算和相应微扰NRQCD计算相匹配的方法,我们在次次领头阶水平下得到了领头矩阵元的短程系数。这个工作的结果可以用来在次次领头阶水平下和实验进行对比来确定Bc介子的衰变常数,以及Cabibbo-Kobayashi-Maskawa矩阵元|Vcb|。
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