微扰QCD因子化方案与B介子衰变过程研究

In the LHC era, the B meson physics is a very important research area in the high precision frontier of the experimental and theoretical particle physics. In this project we will make a systematic phenomenological study on the semi-leptonic、two-body and three-body hadronic decays of the B mesons ( B, B_s and B_c) in close relation with the LHCb、Belle-II and other relevant experiments. Our studies will focus on the following topics； (1) we firstly calculate those still missing pieces of the next-to-leading order (NLO) contributions in the perturbative QCD (PQCD) factorization approach，to improve and develop this popular factorization method to the full NLO level； (2) by using the NLO PQCD factorization approach, we then study the semi-leptonic and the two-body hadronic B meson decays systematically, provide precise predictions and make the standard model (SM) interpretations for those currently known anomalies or puzzles; (3) the three-body hadronic decays of B mesons is the major research topic of this project, to be studied by employing the PQCD factorization approach too: we will study and develop the “ two- meson distribution amplitudes" , improve currently available or develop new method to caculate both the resonant and non-resonant contributions, provide theoretical predictions for the branching ratios、CP violating asymmetries and other physical observables， compare our predictions with the measured ones and make further modifications to the relevant theoretical models。 We will provide the strong theoretical support for the analysis of the forthcoming data from high energy experiments.

在LHC时代，B介子物理研究属于国际粒子物理实验和理论研究的高精度前沿研究领域。本项目将紧密结合LHCb和Belle-II 等相关实验，对B介子 (B, Bs和Bc) 的半轻子、两体和三体强子衰变过程做系统研究。这主要包括：（1）完成对微扰QCD（PQCD）因子化方法中目前仍然未知的次领头阶修正的计算，完善、发展PQCD因子化方法；（2）使用次领头阶水平的PQCD因子化方法，对B介子的半轻子和两体强子衰变过程做深入、系统的研究，给出具有较高精度的理论预言，解释实验上发现的“反常现象”；（3）对B介子的三体强子衰变过程做重点研究：构造、改进两介子分布振幅（波函数），发展计算共振态和非共振态贡献的新方法，对所研究过程的分支比、CP破坏等可观测物理量给出理论预言，并和实验测量结果比较，以改进理论模型. 本项目研究将为高能物理实验数据分析提供理论支持。

在LHC时代,B介子物理属于高能物理实验和理论研究的高精度前沿研究领域。项目实施4年来，课题组紧密结合LHCb和Belle等相关实验，对B介子（B，Bs和Bc）的半轻子、两体和三体强子衰变过程做了系统研究，还对部分重味重子衰变过程做了初步研究。课题组经过艰苦努力，取得多项有重要科学意义的研究成果：.（1）基于kT 因子化定理，完成多项高阶修正计算，提出了横动量相关的Bc和J/ψ介子波函数，发展了PQCD因子化方法；.（2）基于PQCD因子化方法，在次领头阶水平对63个Bs介子两体强子衰变过程做了系统研究。还基于SU(3)味对称性，对Bc介子两体强子衰变过程做了研究；.（3）引入多组双介子分布振幅，对B/Bs-> K f(x)-> K π π 等50多个三体（类两体）衰变过程做了系统研究，对LHCb实验测量结果给出解释；.（4）构建“PQCD+Lattice”因子化方案，对B/Bs -> (K,K*,D,D*, …) l+ l- 等30多个半轻子衰变过程做了系统研究；.（5）对49个双粲重子两体衰变过程Bcc -> Bc P 和57个底粲重子两体衰变过程Bbc -> Bb P 做了初步研究,给出了对衰变分支比和多个可观测物理量的理论预言。.基于上述研究，我们对实验上观测到的R(D)等多个味物理反常给出了基于标准模型的解释，还定义了多个新的与所研究b介子衰变过程相关的可观测物理量，并建议LHCb和Belle-II实验组对这些物理量做实验测量。课题组发表已标注项目号(11775117)的学术论文31篇。