大加速器时代B介子衰变的精确计算

Rare decays of B mesons are among the ideal platforms to test the standard model of particle physics, explore the source for CP violation and search for new physics beyond the standard model. The two B factories and the LHCb collaboration have accumulated abundant data on B meson decays, and in this future the Belle II experiment can collect more data by two orders of magnitude. Accordingly it is mandatory to improve the theoretical prediction. Theoretical study relies heavily on the factorization approach, which can separate the short-distance (high scale) and long-distance (low scale) physics. This research proposal will study some interesting two-body and three-body rare decays of B meson, and plans to: calculate higher order perturbative contributions; make use of chiral perturbation theory and Lattice QCD and provide methods that can extract low energy inputs; further develop the perturbative QCD factorization approach. Making use of the effective field theory, we will also study the annihilation type decay of the Bc meson. Since these modes are the simplest Bc decay modes, they can provide methods for the extraction of Bc matrix elements in the effective field theory.

B介子稀有衰变是检验标准模型，探测CP破坏起源和寻找新物理的理想场所。B介子工厂和LHCb实验已经测量了上百个衰变过程，即将投入使用的超级B工厂Belle II实验将会收集到比B工厂多两个量级的实验数据。海量实验数据要求精确的理论计算，理论上的处理方法通常采取因子化方案进行标度分离，将强子矩阵元简化成低能非微扰物理量和可以微扰计算的硬散射核部分。本研究项目将研究一些有意义的两体和三体B介子非轻弱衰变，拟通过计算高阶圈图提高短程计算精度，设计一个可以处理一般性过程的计算程序；结合低能手征有效理论和格点量子色动力学更加精确的抽取非微扰参量；进一步地发展微扰量子色动力学因子化方法。同时，我们还将利用有效理论的方法，研究双重味Bc介子的湮灭型衰变过程，这些研究将为抽取Bc强子矩阵元提供必要的理论基础。

重味B介子与D介子弱衰变衰变是检验标准模型、测量标准模型参数、探测CP破坏起源和寻找新物理的理想场所。受启于LHCb、Belle与BESIII等国际合作组的最新实验进展，本项目从理论上研究了一些有意义的B/D介子两体和多体弱衰变过程，提出了结合手征有效理论与微扰QCD的理论方法，预言了不同标量四夸克态在重味介子衰变中的产额比值(R=3)，得到了BESIII实验的证实，对于了解标量粒子的内部结构具有一定的意义；提出了重味奇特态的多夸克态与散射等解释机制，指出大Nc极限下高出阈值的pentaquark/dibaryon等奇特强子态不是物理客观测量，为奇特强子态内部结构提供了一定的理论基础；指出了双重味重子Xicc++的黄金衰变道，对LHCb发现Xicc++提供了必要的指导意义；在因子化的框架下，研究了双重味Bc粒子的辐射衰变与胶子的准部分子分布函数；基于本项目研究基础，我们还组建了格点量子色动力学研究组：Lattice Parton Collaboration，这对于未来重味物理中的可靠性计算将会产生重要的影响。受本项目支持，我们共发表40多篇学术论文，其中包含4篇Physical Review Letters, 一篇论文被引用200次以上，另有7篇被引用50次以上。