B介子稀有衰变中高阶QCD效应的理论研究

B介子物理是当前粒子物理研究中的前沿和热点领域之一。伴随着B介子工厂、Tevatron和LHC的运行，实验测量愈来愈精确。为了充分利用实验数据,进一步检验粒子物理标准模型和探索可能的新物理，我们必须提高理论预言的精确度。对B介子非轻衰变来讲，问题在于如何有效地计算强子矩阵元。QCD因子化方法和软共线有效理论是目前用来处理这一问题的两种有效方案，并在唯象上取得了显著成功，但仍存在一些亟待解决的问题：高阶QCD修正和幂次修正的计算，端点发散问题的处理等。围绕这些问题，我们将开展如下主要研究工作：（1）系统地计算B介子非轻衰变过程中企鹅图的两圈QCD修正；（2）结合解析微扰理论和QCD求和规则等方法，寻找更有效的处理端点发散问题的方案；（3）考虑进完整的顶角修正图，企鹅图和旁观者散射图的二阶修正，对所有B介子非轻衰变过程做一系统分析；（4）密切关注实验进展，研究B介子系统对各种新物理模型的限制。

B物理属于当前粒子物理研究中的前沿和热点领域。在国家自然科学基金的支持下，我们主要围绕“如何进一步提高强子矩阵元的计算精度”和“如何有效地寻找新物理存在的间接信号”两大关键问题，开展了以下研究工作：1）采用QCD因子化方法和软共线有效理论，系统地计算了B介子两体非轻无粲衰变中零头企鹅振幅的两圈QCD修正。我们发现这些高阶QCD修正项是红外有限的，从而检验了共线因子化定理在两圈阶是成立的；可以带来新的强相位，从而对直接CP破坏的理论预言影响较大；明显地降低了理论预言对重整化标度的依赖性。2）采用多圈费曼图的解析计算技巧，考虑到各种狄拉克结构的重到轻夸克流，完成了由QCD完全理论到软共线有效理论的两圈匹配的计算。这些匹配系数在重味物理唯象研究中有着非常广泛的应用；作为例子，我们具体地讨论了它们对B介子到轻介子的跃迁形状因子间的比值、B介子稀有辐射衰变、以及半单举衰变过程等的影响。3）结合实验上的最新限制，系统地研究了顶夸克反常耦合对B介子和K介子的各种稀有衰变过程的影响。我们发现目前这些低能实验数据对顶夸克反常耦合的限制要比高能对撞机上给出的直接限制更强一些，给出的顶夸克稀有衰变的分支比更严格一些。这些研究成果将有助于在高能对撞机上对顶夸克反常耦合的直接寻找。4）考虑进最新的B介子混合和非轻衰变的实验数据，研究了代非普适Z`模型对这些过程的影响。我们发现该模型无法同时对所有的混合参数给出合理的解释；然而，在一定的参数空间范围内，该模型可以对B介子非轻衰变过程中的一些反常现象给出较好的解释。5）在所谓的“对齐的双希格斯二重态模型”下，系统地研究了带电希格斯对B介子辐射衰变和末态含有tau轻子的半轻衰变等过程的影响。我们发现不同物理观测量之间存在着很强的关联，从而有助于对模型参数空间的进一步限制；该模型可以很好地解释目前BaBar实验的测量结果R(D)和R(D*)等。