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南开团队在重夸克物理与电荷-宇称对称性破缺研究领域取得突破性进展
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2023-09-01 14:53

  精确重夸克物理研究是在高亮度对撞机实验中寻找超越粒子物理标准模型的新物理迹象的必由之路,从而被由百余名国际资深高能物理学家组成的“The European Strategy Group”列为未来整个欧洲高能物理领域重点发展的研究方向。关于对称性及其破缺机制的苦苦追寻更是贯穿百年物理学研究长盛不衰的主旋律。正如杨振宁先生指出:对称性支配相互作用。该基本原理的光辉范例包括非阿贝尔规范理论以及爱因斯坦的广义相对论。特别地,电荷-宇称(CP)破缺更是揭示宇宙中正反物质不对称性终极奥秘所不可或缺的理论要素。诚然,高能物理研究的先驱们在追寻对称性及其破缺机制的伟大征程中也取得了累累硕果,深刻影响了物理学演变以及人类文明发展的历史进程。李政道先生与杨振宁先生由于发现弱相互作用中镜像对称性的破缺(宇称不守恒),获得了1957年度的诺贝尔物理学奖。芝加哥大学James W. Cronin 与普林斯顿大学Val Fitch 由于发现中性K介子系统中的CP破坏现象,从而荣获了1980年度的诺贝尔物理学奖。两位日本物理学家Makoto Kobayashi与Toshihide Maskawa由于发现粒子物理标准模型中的CP破坏起源,并被两家B介子工厂实验(BaBar、Belle)的大量测量结果所广泛证实,从而荣获了2008年度的诺贝尔物理学奖。                          

  南开大学物理科学学院王玉明教授联合华中科技大学秦溱副教授、中国海洋大学沈月龙教授、淮阴工学院王超老师(原南开大学博士后),基于强相互作用的第一性原理率先在国际上取得了遍举B介子双光子辐射衰变过程中长程企鹅机制(如左图所示)的理论预言,发现该高阶幂次修正贡献可以在现象学上显著增强混合CP破坏效应的幅度,一举突破了自Stefan W. Bosch与Gerhard Buchalla研究工作[JHEP 08 (2002) 054]以来相关理论进展长期停滞不前的僵局。特别地,研究团队还创新性地发现量子色动力学因子化定理要求引入一类全新的在重夸克有效理论框架下定义的B介子分布振幅来系统描述稀有重味强子衰变过程中的非微扰强相互作用动力学。相对于传统的B介子光锥分布振幅而言,我们需要构建由处在不同光锥方向上的夸克-胶子场构成的复合算符的non-forward 矩阵元来定义新引入的广义分布振幅,从而使得其对应的重整化群方程呈现出与传统的Lange-Neubert 演化方程迥异的解析结构,打破了传统光锥分布振幅中出现的轻夸克(或者胶子)动量必须大于零的理论限制。此外,研究团队的工作进一步表明,新发现的长程夸克圈效应对于B介子双光子辐射衰变的分支比影响甚微(如右图所示),从而使得这类遍举跃迁过程成为精确检验粒子物理标准模型的夸克味道混合机制以及寻找扑朔迷离的新物理信号的理想场所。

  

  上图:长程企鹅机制的费曼图         

  下图:Bd→γγ衰变过程的分支比

  值得指出的是,研究团队的近期成果充分借鉴了王玉明教授与欧洲合作者在2010年与2013年完成的关于稀有B→K(*)ℓℓ衰变过程(LHCb 实验的“黄金衰变道”)中粲夸克圈效应的两项理论工作[JHEP 09 (2010) 089] (被引用450余次)、[JHEP 02 (2013) 010] (被引用近200次),以及王玉明教授、沈月龙教授、北京工业大学魏焰冰老师(原南开大学博士后)共同合作完成的关于B介子双光子辐射衰变振幅精确计算的相关研究工作[JHEP 12 (2020) 169]。

  2023年8月31日,相关研究工作以“解密底介子双光子衰变过程中的长程企鹅机制”(Deciphering the long-distance penguin contribution to Bd,s→γγ decays)为题, 在线发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

  上述研究工作得到了国家自然科学基金、天津市自然科学基金、南开大学百名青年学科带头人研究项目等支持。

  相关成果链接:

  Physical Review Letters论文:

  https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.131.091902

  JHEP论文I: https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP09(2010)089

  JHEP论文II: https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP02(2013)010

  JHEP论文III: https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP12(2020)169

编辑:闫瑾

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