B介子衰变及其与新物理的可能联系

随着Tevatron即将发布更多关于B和Bs介子物理数据，以及即将运行的LHC预期在未来几年内关于B和Bs介子的更多物理结果，将继续促进重味物理及其相关CP破坏研究的发展。本研究计划将一方面考察如何在理论上对B介子衰变中的QCD效应有更深入的理解，并减少某些特定稀有衰变道的理论计算误差。例如考虑将味道对称性和因子化方法结合起来，结合实验数据，考察幂次修正项的唯象影响。在此基础上检验对不同衰变过程理论预言的自洽性，并寻找可能的新物理信号。另一方面，随着LHC的运行以及暗物质探测方向的进展，预期会有新的理论被提出。本研究计划也将考察新理论和重味物理之间的联系，例如当新理论中包含较轻的中性新粒子时。并着重讨论重味物理对这类新物理机制的味道参数部分所带来的约束及其对LHC和暗物理观测上的影响。

我们的研究工作主要关注重味物理中的QCD效应及可能的新物理信号，另外缘于近年来暗物质直接与间接探测方面取得的进展，我们也开展了一些暗物质方面的研究。.2011年Tevatron上的CDF首次观测到Bs介子的纯湮灭衰变道，并有些出乎预料的大。由于湮灭振幅在B/Bs介子稀有衰变及其CP破坏中扮演着重要的角色，我们在QCD因子化框架下仔细考察了相关的衰变过程，并发现湮灭振幅中也许需要考虑SU(3)味对称性破缺的影响。由于利用味对称性，某些B/Bs稀有衰变的精确测量可用来检验标准模型以及寻找新物理效应，因此湮灭振幅中可能的味对称性破缺现象需要仔细深入的考察。我们发现，对于不同的湮灭拓扑，其湮灭参数的味对称性破缺效应可以很不相同。而不同的衰变过程依赖于不同的湮灭拓扑，因而在B/Bs稀有衰变过程中寻找新物理信号时，需要特别注意湮灭参数的味道依赖性。2011年CDF还观测到所谓Wjj反常，这一可能的新物理信号激发了许多新物理模型的提出。对其中一种有趣的可同时解释顶夸克前后不对称性的味对称理论模型，我们发现这一模型预言的B->piK衰变分支比比实验测量值大了近100倍，和实验结果明显矛盾。2011年底LHCb观测到了D介子衰变到pipi和KK的CP破坏之差接近1%,超过标准模型预期接近一个量级，我们据此对一些可能的新物理模型展开了一些研究。我们也系统讨论了CDF新的顶夸克前后不对称性的实验数据对不同的理论模型的影响，并发现这些理论模型都有和某些对撞机实验结果不太一致的地方。我们还研究了LHC上观测到的125Gev希格斯粒子对非解耦MSSM模型的一些启示。暗物质方面，由于暗物质湮灭或衰变几乎不可避免会辐射出γ射线，我们首先研究了Fermi-LAT观测到的银河系中心发出的γ射线超出和一类所谓WIMPless暗物质模型之间的可能联系，并和WMAP Haze及DAMA，CoGeNT等暗物质直接探测实验结果相比较。由于星系团是暗物质主导的，我们还研究了Fermi卫星观测银河系外的附近星系团的γ射线上限对暗物质模型参数可能给出的严格限制。此外我们还利用一种和暗物质具体的粒子物理模型无关的方法，从地球上观测的宇宙线正负电子谱出发，得到了在源处暗物质湮灭或衰变产生的轻子谱。由此还可以得到和粒子物理模型无关的γ射线谱。