双Higgs二重态模型下遍举b→sl+l-过程的唯象研究

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粒子物理的标准模型描述了微观最小粒子的性质、运动、相互作用与转化。它主要包含强相互作用和电弱相互作用两部分。目前,它的预言结果经受住了几乎所有高能物理实验的考验。然而,它并不完善和优美。最直接的理由是它不包含广义相对论中的引力相互作用。另外,它不包含暗物质、暗能量和中微子的质量。基于这些原因,一直以来,不论是从理论方面还是实验方面,寻找超出标准模型的新物理的工作大量地进行着,这也是粒子物理进一步发展所必须面对的挑战。  对于高能标(高于电弱能标vEW(≈)246GeV)区域的新物理寻找,除了直接从实验上探测到新的重基本粒子之外,还可以间接地通过低能味物理过程发现。那些在标准模型下被强烈压低的味物理过程被证实是寻找新物理的有效方法。味改变中性流(flavour changing neutral current,FCNC)过程就是其中之一。  本文首先介绍了最近实验上观测到的b→sl+l-稀有衰变的一些新物理可能存在的迹象,主要包括B→K*μ+μ-衰变中的角观测量P'5反常,B+→K+l+l-衰变中轻子味普适性破坏、和B0s→φμ+μ-衰变中的分支比等。接着简单地介绍了标准模型中量子色动力学、电弱统一理论和Higgs机制,处理重味物理问题常用的低能有效哈密顿方法,以及新物理模型——双Higgs二重态模型。接着介绍了处理连续束缚态问题的Dyson-Schwinger方程。之后就是本学位论文的主要部分,分如下两方面进行讨论  在新物理中b→s(l)+l-稀有衰变的Wilson系数首先,在对齐的双Higgs二重态模型(Aligned2HDM)中,给出了与b→sl+l-过程最相关地Wilson系数C(l)7,9,10的单圈计算结果。发现,当模型参数|ζu|远小于|ζd|时,带电标量粒子对手征翻转的算符O'9,10的贡献最大,相应地新物理Wilson系数C'H±9,10正比于|ζd|2。利用单举辐射衰变B→Xsγ和最近地模型无关的对b→sl+l-数据的全局拟合结果对上面的Wilson系数C(l)7,9,10进行限制,进而得到新物理模型参数被允许的参数空间。发现在被允许的参数空间中,Wilson系数C(l)7,9,10在数值上可以分为两类:(A)CH±7,9,10较大,但C'H±9,10几乎为零;(B)CH±7和C'H±9,10较大,但CH±9,10几乎为零。分别对应着(大|ζu|,小|ζd|)和(小|ζu|,大|ζd|)区域。这表明在对齐的双Higgs二重态模型中,带电标量粒子不能同时影响左手和右手半轻算符。  新物理对B→K*μ+μ-和Λb→Λ(→pπ-)μ+μ-的角分布的影响b→sl+l-的介子过程中一些可能的新物理迹象可以通过△Cg(≈)-1来解释,但它对应的重子过程,却偏向于一个正的△C9。这说明单一地通过改变C9不能解释所有的b-强子物理过程。在B→K*μ+μ-中,发现case A和自然味守恒的四种双Higgs二重态模型对P2和P'5的贡献都很小,不足以解释它们的反常。但是case B能提供一个较大的P'5从而使其与实验数据相符。对于Λb→Λμ+μ-过程,分别在标准模型和对齐的双Higgs二重态模型中计算了所有的角观测量。Λb→Λ的跃迁形状因子利用的是最新的格点QCD的结果。发现同样在caseB中,对齐的双Higgs二重态模型可以在小区间[15,20]GeV2上明显地提高微分分支比和轻子对前后不对称性,从而使它们分别在0.2σ和1.3σ水平上与实验相符。因此,认为对齐的双Higgs二重态模型的caseB是目前实验上观测到的b-强子衰变中反常的一个非常可能的解释。  将来,实验上更精确地测量,特别是分小区间的测量将有助于更清楚地了解b→sl+l-衰变过程。目前实验上得到的一些反应轻子味普适性破坏的观测量,例如RK,Q5,R(D)和R(D*)也非常有趣,需要将来在实验上更进一步的测量。
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