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B介子混合、稀有衰变与新物理修正研究

作　者: 吕林霞
导　师: 肖振军
学　校: 南京师范大学
专　业: 理论物理
关键词: B介子衰变有效哈密顿分支比双Higgs二重态模型新物理修正
分类号: O572.25
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

本文在标准模型（SM）和Top夸克双Higgs模型（T2HDM）下，对B介子辐射衰变B→X_sγ，B⁰-（?）⁰混合，半轻衰变B→X_se⁺e^-和B→K^*e+e^-等稀有衰变过程进行了分析和研究，对Top夸克双Higgs模型的参数空间进行了限制，计算并分析了新物理的贡献，得到了一些有意义的结果。在第一、二章，我们对B物理理论研究的基本情况和实验测量的历史与现状做了简要的概括。系统地介绍了标准模型和B介子非粲衰变、B⁰-（?）⁰混合的基本理论框架。给出了标准模型下B介子衰变的有效哈密顿量，Wilson系数的具体表达式，以及重整化群演化方程，并且给出了标准模型下B⁰-（?）⁰混合强度的相关理论公式。在第三章，我们对双Higgs模型做了简要的介绍。在第四章，我们在Top夸克双Higgs模型下，计算由Higgs粒子导致的新的企鹅图和箱图对B介子稀有衰变过程B→X_sγ，B→X_se⁺e^-，B→K（*）e⁺e^-和B⁰-（?）⁰混合过程的贡献，抽出与新物理贡献相对应的Wilson系数。把这些新函数与标准模型中的相应部分组合在一起，从而对新物理的参数空间做出限制或对可观测物理量给出理论预言。通过计算，我们发现：·根据现有实验数据和T2HDM下B→X_sγ的理论预言，质量小于200 GeV的荷电Higgs玻色子被排除掉。当tanβ=30和δ=0°时，m_H⁺的下限是m_H⁺≥300 GeV。现有的实验数据将T2HDM中出现的新CP破坏相角δ限制在较小的范围内，例如当tanβ=30和m_H⁺=400 GeV时，δ＜44°。·根据已经测量得很好的物理量ΔM_d以及第一次观测到的实验值ΔM_s，当m_H+=400GeV，δ=[0°，60°]时，考虑强子参数的不确定性后，对tanβ的限制是tanβ≤30。当tanβ较小时，如tanβ≤20，荷电Higgs玻色子的质量大约在300 GeV是被实验数据所允许的。对m_H⁺和tanβ的限制是相关联的，在tanβ比较小（大）时，实验所允许的荷电Higgs玻色子的质量下限就比较低（高）。·包含荷电Higgs玻色子的贡献后，在所考虑的参数空间内，有效Wilson系数（?）_i^eff（m_b）（i=7γ，9V，10A）理论值的符号总是与标准模型预言值的符号相同，干涉项的符号则保持不变。中性Higgs玻色子对C_{Q_i}（i=1，2）的贡献与末态的轻子有关，当e=e时，其贡献可忽略；当e=μ，Υ时，其贡献在大tanβ的情况下很大。·在tanβ和δ较大，而荷电Higgs玻色子的质量较小时，新物理的贡献将大大改变有效Wilson系数（?）_7γ^eff和（?）_9V^eff的标准模型理论预言值。但是这两个有效Wilson系数对B→X_se⁺e^-的分支比的贡献相互抵消，最后使得分支比的理论值相对于标准模型的预言值改变较小。·中性Higgs玻色子对衰变过程B→X_se⁺e^-分支比的修正能够增强其标准模型的预言，但增幅很小；而荷电Higgs玻色子对该衰变过程分支比的影响相对较大。·遍举衰变B→K（*）e⁺e^-（e=e，μ）分支比的实验数据能够对T2HDM的参数空间进一步进行限制。考虑形状因子的不确定性后，质量大约是350 GeV的荷电Higgs玻色子是实验所允许的。包括新物理的贡献后，遍举衰变B→K（*）e⁺e^-（e=Υ）的分支比理论值与标准模型预言值有明显偏离。·在T2HDM中，衰变B→K^*μ⁺μ^-的前后不对称（FBA）零点位置的改变不是很明显。中性Higgs玻色子的效应最有可能在衰变B→K（*）e⁺e^-（e=Υ）的前后不对称和轻子极化中观察到。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章引言  10-15
第二章标准模型与B介子稀有衰变  15-34
  2.1 标准模型简介  15-23
  2.2 低能有效哈密顿  23-31
    2.2.1 基本思想  23-25
    2.2.2 算符乘积展开  25-26
    2.2.3 威尔逊系数和重整化群演化方程  26-31
  2.3 B_(d,s)~0-(?)_(d,s)~0混合  31-34
第三章 Top夸克双希格斯模型  34-51
  3.1 双Higgs二重态模型  35-48
  3.2 Top夸克双希格斯模型  48-51
第四章 B介子稀有衰变与新物理修正  51-92
  4.1 对T2HDM中参数的限制  51-62
    4.1.1 辐射衰变B→X_(sγ)  51-55
    4.1.2 B~0-(?)~0混合过程  55-62
  4.2 B→X_se~+e~-衰变  62-76
    4.2.1 荷电Higgs粒子对Wilson系数的贡献  62-64
    4.2.2 中性Higgs粒子对Wilson系数的贡献  64-67
    4.2.3 对B→X_se~+e~-衰变过程的数值分析  67-76
  4.3 B→K~(*)e~+e~-衰变  76-92
    4.3.1 B→K~(*)e~+e~-的Wilson系数和形状因子  77-79
    4.3.2 可观测量的基本表达式  79-83
    4.3.3 数值分析  83-92
第五章总结与展望  92-95
附录A Higgs势最小值和Higgs质量本征态的确定  95-107
  A.1 Higgs势的最小值条件  95-107
    A.1.1 具有电荷共轭不变性的势  99-102
    A.1.2 具有Z_2不变性的势  102-105
    A.1.3 具有U(1)整体对称性的势  105-107
参考文献  107-115
攻读博士学位期间完成的论文  115-116
致谢  116

B介子混合、稀有衰变与新物理修正研究

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