重味物理与新物理唯象学研究

Benefited from the fruitful running of the Large Hadron Collider (LHC) and b-physics experiment LHCb on it, experimental and theoretical studies of the heavy flavour physics will usher in a new peak, and gradually enter the period of exact test. In this project, firstly, in order to improve the accuracy and reliability of the theoretical calculation, we will carry out the improvement of the QCD factorization (QCDF) method (especially, the ways to deal with the endpoint divergence in annihilation corrections), which is employed extensively to calculate the hadronic matrix elements of B meson decays, and perform extension and application of such method to evaluate the contributions of new physics. Then, we will investigate the effects of new physics on heavy flavor physics. Based on plenty of experimental data for B meson decays and CP violations measured by LHCb, B factories (BABAR and Belle) and CDF/D0 collaborations, focusing on the mismatches between experimental measurements and theoretical predictions, combining many strongly correlated B meson decay modes, we will perform a strict fitting （or constraint） on the new physics space, research and distinguish the effects and characteristics of various new physics models, and try to explore the ways to explain the mismatches in B physics. Our researches are not only important for understanding and improving the theoretical framework of particle physics, and constructing the flavour structures of new physics models, but also closely related to the searching and identifying new physics signals at LHC.

得益于欧洲大型强子对撞机LHC上重味物理实验LHCb的推动，重味物理的实验和理论研究将迎来一个新的高峰，并逐步进入精确检验时代。本项目中，首先，我们将开展对处理B介子衰变强子矩阵元的QCD因子化方法的改进和完善研究（特别是湮灭图中端点奇异性的处理），并将该方法推广和应用到新物理框架内B介子衰变的计算，以期提高理论研究的准确性和可靠性。接着，我们将开展重味物理中新物理效应的研究。基于LHCb、B介子工厂，CDF/D0等国际合作组对B介子稀有衰变及CP破坏的大量精确实验测量，紧密围绕B物理中诸多令人困惑的奇异现象，联合众多存在强关联的B介子衰变过程，我们将对新物理空间进行严格拟合，研究和甄别各种新物理模型的效应及特点，探讨对各种反常现象的解释途径。这些研究不仅对于深刻理解和完善粒子物理理论框架、构造新物理模型的味结构具有十分重要的意义，而且与LHC等实验上寻找和甄别各种新物理信号紧密相关。

在LHCb和SuperKEKb/Belle-II等重味物理实验的激励下，紧密围绕国际高能物理实验和理论的最新进展，本项目先后开展了以下几个方面的研究工作：(1）我们通过Global fit给出了B介子两体非轻衰变中湮灭图和旁观者修正贡献的清晰图像，发现了可因子化和不可因子化湮灭图贡献的差异及其味道依赖性, 并分析了这些贡献作为解释pi K和pi pi问题等唯象反常现象的可能性;我们进一步检验了处理湮灭图端点发散问题的各种理论方法，并提出了利用光前全息QCD中端点压低分布振幅处理这一问题的新方案。（2）我们通过对以往被忽略的幂次修正贡献的计算，改善了QCD因子化方法对一些衰变过程的理论预言，其中我们着重研究了R_{D,D*}问题；我们利用因子化方法对Bc、B*、\Upsilon等介子弱衰变过程进行了理论预言并分析了未来探测器上实验观测的可能性。(3)我们采用模型无关方案在B_{d,s}-\bar{B}_{d,s},D-\bar{D},K-\bar{K}和B->D(*)lv衰变中研究了超出标准模型的新耦合和算符的贡献，并在混合系统中研究了type-c和type-III两类最小味破缺双希格斯模型，给出了甄别这两类模型的途径。（4）我们通过衰变常数和形状因子等物理量详细分析和提出了光前夸克模型的自洽性和协变性问题，并发现这两个问题有相同的根源，且可以通过修正光前方法和显然协变方法的对应关系（或者说修正协变光前夸克模型中的作用顶角）同时解决这两个问题。至此，本项目计划书中的研究内容和预期目标均已圆满完成。这些研究对于深入理解和完善粒子物理理论框架，改进理论计算方法和精度，为相关高能物理实验提供可靠的理论依据和建议等方面都具有重要意义。