稀有衰变实验和理论的新进展

【摘要】 我们在标准模型下对稀有过程的所有短距离贡献进行了完全地研究。相对于过去人们利用的的光锥求和规则和简单的组分夸克模型,我们利用非轻衰变过程中得到的介子波函数,首先重新计算了分别从这个过程的电磁流算符 甩出实光子和虚光子的两类贡献,发现过去人们认为从电流算符 甩出实光子的这类贡献可以忽略的观点是错误的,我们计算结果表明这类贡献是很大的, 过程的分支比被抬高将近一倍。然后我们主要关注对这过程插入四夸克算子的贡献,过去人们一直没有研究过它。发现结果也是非常大的,分支比将被抬高了将近两倍。

【关键词】 标准模型短距离贡献

统一电弱相互作用的标准模型[1,2]在描述费米能标以下的物理上是非常成功的,与大部分实验符合地很好。最有可能探测标准模型夸克味序列的过程是B介子的稀有衰变过程,它们皆由味改变的中性流引起,实验上对味改变的中性流的探测和标准模型的符合地非常好。它在标准模型下只能通过圈图发生,因此对超出标准模型的新物理比较敏感,对粒子物理唯象的研究起了重要作用。

1 B物理实验上的新进展

由于欧洲核子中心的大型强子对撞(LHC)的投入使用,我们已经进入了粒子物理的新时代。2012年12月12日LHC-b实验测出了[3],根据标准模型算出的理论值是。表明实验结果和标准模型理论值符合得很好,这一结果也很强地限制了各种新物理模型。而对于我们现在研究的,由于它的衰变过程比较干净,并且对新物理比较敏感,因而是最有可能成为下一个实验的探测目标。实验上的进展要求从理论上对B介子的稀有衰变给出更为可靠的预言,为新物理的探测提供理论指导,并准确的判断出新物理的来源。

2 稀有衰变的理论分析

因为没有螺旋度的压低,所以它可能有像那样大的分支比。标准模型下过程将包括两类贡献:一类是短程贡献,对于这类贡献,我们可以利用微扰理论方法进行可靠的计算。另一类是长程贡献,对于中间出现的共振态和,由于长距离的QCD效应。我们无法利用微扰论进行计算,并且在实验上也是不考虑这些共振态粒子的贡献。因此我们主要关注短程贡献。

2.1 将包括三类短程贡献

(1)是从过程的外线上再释放一个实光子,如图1:

(2)是从电磁流算符外线上释放一个虚光子,这个虚光子再衰变成一对轻子,如图2;

(3)是从插入四夸克算符的费曼图上再释放两个光子,其中一个光子是虚光子,这个虚光子再衰变成一对轻子,如图3。

图3

2.2 数值结果

过去人们认为第二类贡献可以忽略,只考虑了第一类贡献[1,2,5,6],对这过程计算的分支比是[6]。而现在我们考虑了第二类贡献,加上这类贡献之后,计算结果是,分支比被抬高了近一倍。过去人们一直没有对第三类贡献进行研究,这类贡献费曼图是圈图,计算相对比较复杂。加上第三类贡献后,最后结果是 ,分支比已经被抬高将近两倍,已经达到了量级。

3 结语

在理论计算的过程中,虽然其中的B介子因子化方面存在理论上的挑战,但是和以前人们对这一过程的计算结果的比较,我们现在计算的分支比已经抬高了很大,达到了量级,并且在实验上比较容易探测到过程的末态粒子轻子,因此有希望成为之后实验上的下一个探测目标。

参考文献:

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[3]Talk by M.Palutan at Beauty 2011,Amsterdam,April 5,(2011),D.Asner et al.

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