重味强子衰变中轻子味普适性的唯象研究

论文摘要

粒子物理标准模型（Standard Model）自建立以来,便以其前所未有的力量成功地统一了描述微观世界的各种相互作用,成为和描述大质量宏观物体的广义相对论并肩而立的物理学两大支柱之一。到目前为止,大部分的实验结果都能用标准模型给出合理的解释。然而,仍然有一些现象是标准模型无法回答的,比如中微子质量问题,正反物质不对称,暗物质,暗能量等等。除此之外,即使那些和标准模型预言吻合的很好的实验现象,也存在着无法忽略的偏差。有可能存在一些我们尚未发现的新物理规律在其中发挥作用。所以,当前物理特别是粒子物理迫切需要解决的问题,就是找到这些新物理（New Physics）的直接和间接证据。近年来,实验在B介子衰变中发现的轻子味普适性（Lepton Flavor Universality）反常吸引很多理论和实验上的注意。这有可能是超出标准模型的新物理信号。很多大型实验装置如大型强子对撞机（Large Hadron Collider）都对B介子衰变进行了测量。这些衰变过程在夸克层次主要包括b→cτv和b→sl+l-半轻衰变。测量结果显示在这两种衰变过程中都存在着轻子味普适性破坏。RD和RD*分别超出标准模型预言值1.4σ和2.5σ。如果考虑到它们之间的关联,其与标准模型的偏差大概为3.08σ。对RK和RK*的测量结果也显示出低于标准模型预言值2.5σ左右的偏差。除此之外,这些衰变过程的其他可观测量也有不同程度的偏离。基于此,理论上提出了很多新物理模型来解释上述这种现象。本文的主要内容是在新物理模型下讨论轻子味普适性破坏,试图找到隐藏在这些反常背后的可能原因。受当前实验进展的推动,我们在R宇称破缺超对称（R-parity Violating Supersymmetry）下对b→cτv衰变过程中的反常现象进行了研究。在这种情况下,下型夸克伴子可以通过R宇称破缺耦合与夸克和轻子发生相互作用。因此,它们可以对b→cτv过程产生树图阶的贡献并可以解释当前的RD（*）反常现象。除了 B→D（*）τv衰变过程,我们也研究了 Bc→J/ψτv,Bc→ηcτv,和Ab → ∧cτv衰变。所有这些过程在夸克层次都是b→cτv衰变,目前后面两个衰变还没有相关的实验测量。通过各种低能味过程最新的实验数据,我们对R宇称破缺耦合常数进行了约束。然后在R宇称破缺超对称框架下对五个关于6→cτv的衰变过程进行了研究,关注了这些衰变道的衰变分支比及其τ和μ道之间的比值,轻子前后不对称性,末态强子的纵向极化和τ轻子的极化等。经过分析,我们可以看到在考虑了多种味过程的约束条件之后,R宇称破缺超对称可以在2σ误差之内对RD（*）反常进行很好的解释。在允许的参数空间内,R宇称破缺超对称模型可以增加衰变过程的微分衰变分支比及τ和μ道之间的比值,尤其在大的双轻子不变质量区域增加比较显著。另外,我们得到B+→K+vv衰变的一个下限B（B+→K+vv）>7.37 × 10-6。我们还发现RD,RD*,B（B+→K+vv）,B（B→τv）和gZτLτL/gZlLlL之间存在有趣的关联。对于超级B工厂SuperKEKB和将来的高亮度LHCb（High-Luminosity LHCb）,希望我们的结果可以为b→cτv衰变提供更多信息并能够为将来的高能对撞机寻找超对称粒子提供帮助。我们在Z’模型下对b → sl+l-衰变过程进行了研究。tcZ’以及bsZ’耦合可以通过企鹅图和树图进入味改变中性流（Flavor Changing Neutral Current）b→sμ+μ-,从而影响B介子的衰变以及Bs-Bs混合过程。新物理效应还可以影响top夸克的衰变,产生t→cμ+μ-衰变过程。通过RK（*）等最新的实验拟合值,我们对耦合参数进行了限制,发现Bs-Bs混合过程对参数的限制比较强。我们还计算了 t→cμ+μ-的衰变分支比。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王东洋

导师: 杨亚东

关键词: 强子,轻子味普适性,新物理,宇称破缺,超对称,夸克衰变,模型

来源: 华中师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 华中师范大学

分类号: O572.32

DOI: 10.27159/d.cnki.ghzsu.2019.001701

总页数: 120

文件大小: 6183k

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