中性D介子混合系统的理论研究

Neutral D meson mixing system plays an important role in probing new physics (NP) models. Due to the specificity of the mass of charm quark, the heavy quark effective theory and chiral perturbative theory is limited to understand this mixing system. In the Standard Model (SM), the non-vanishing mixing results from the SU(3) flavor symmetry breaking effects, which can be well described in the Factorization-Assisted Topological-amplitude (FAT) approach. In this project, we will study the neutral D meson mixing parameters x and y using the FAT approach, and investigate their impacts on NP models. . We will calculate the decay amplitudes of D meson to PP, PV and VV modes in the FAT approach in the SM. Then the mixing parameter y can be obtained in an exclusive approach by summing over the contributions from all the above processes. In the following, we will study the dependence of y on the external energy in the FAT approach, and hence can calculate the mixing parameter x using a dispersion relation. Besides, it will be studied in the neutral D meson system to search for some NP models, for example the Left-Right Symmetric Model, or constrain their parameter spaces. Based on precise experimental data, and using the FAT approach including most important SU(3) breaking effects, it is expected in this project that we may get the D mixing parameters unambiguously and reliably for the first time in theory.

中性D介子混合系统对寻找新物理模型有重要意义。由于粲夸克质量的特殊性，重夸克有效理论和手征微扰论对理解该混合系统有明显的局限性。在标准模型下D介子混合源自SU(3)味道对称性破坏效应，而因子化辅助的拓扑图(FAT)方法能包含大部分重要的SU(3)破坏效应。本项目将在标准模型下采用FAT方法研究中性D介子系统的混合参数x和y，并讨论其对新物理模型的影响。. 本项目将用FAT方法计算D介子衰变到PP，PV和VV过程的振幅，进而用单举方法对它们的贡献求和得到混合参数y。在此基础上，本项目将在FAT方法下研究参数y随能量改变的行为，再用色散关系计算混合参数x。另外，本项目将通过研究D介子混合系统来鉴别新物理模型或限制其参数空间，比如左右手对称模型。基于较高精度的实验，采用包含大部分重要SU(3)破坏效应的FAT方法，我们预期本项目将首次在理论上得到不具任意性且可靠的D介子混合参数。

中性D介子混合系统是味道改变中性流过程，对于寻找超出标准模型有重要意义。然而理论理解中性D介子混合一直是个难题，原因是粲物理能标不够高，重夸克展开不适用，因而在B介子混合系统中应用非常好的重夸克展开理论在研究中性D介子混合时不适用，理论计算的短程贡献比实验测量结果总是小两三个量级。这也说明长程贡献很大，而长程贡献也有很大的理论困难，理论不确定性比较大。我们在研究D介子衰变到两个赝标量介子（PP）和一个赝标量介子与一个矢量介子（PV）过程中提出了因子化辅助拓扑图方法（FAT方法），它包含大部分的SU(3)破坏效应，因此能很好地描述这类衰变过程，是目前唯一能同时理解全部PP和PV过程的理论方法。本项目中我们应用FAT方法计算中性D介子混合中PP和PV过程的长程贡献，同时预言VV过程的贡献。我们得到的结果是上述两体过程贡献的理论计算最精确的结果，可以给出最确切的结论。结果还是不足以解释实验测量值，这说明多体过程的贡献不可忽略，需要能处理多体衰变的理论方法。此外，在本项目的支持下，我们理论发现了D介子衰变中性K介子过程中存在新的CP破坏效应，而且达到实验可以测量的大小，是近年来在CP破坏领域的一个重要发现，对理解正反粒子不对称性和寻找新物理有重要意义。我们也预言了寻找双重味重子的最佳衰变过程，理论建议并引导LHCb实验首次探测到双粲重子，实现重要突破，对理解物质结构和强相互作用本质有重要意义。在本项目支持下一共发表SCI论文11篇，包括一篇《Physical Review Letters》。