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南开团队在重味介子衰变“反常”现象的动力学机制研究中取得重要进展
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2023-10-22 13:34

  南开新闻网讯(通讯员 程丹) 作为高能物理的重要研究分支,重夸克物理具有独特的科学价值。特别地,B介子衰变实验中观测到的一系列“反常”现象更加推动重夸克物理的理论研究迈进一个前所未有的新时代。由于在实验观测以及理论研究两个方面存在天然的优势,重味介子的半轻子衰变过程被普遍认为是“间接”寻找超越粒子物理标准模型的新物理迹象的理想场所。耐人寻味的是,三家大型国际实验合作组(BaBar、Belle、LHCb)在树图层次诱导的“旗舰型”B→D (*)lν跃迁过程中确实发现了一类表征轻子味道普适性的观测量R(D (*))偏离标准模型的预言结果,从而在高能物理领域引起了广泛的思考与讨论。为了判定上述“反常”测量结果确凿无疑地来源于新物理效应的贡献,我们必须在粒子物理标准模型框架下排除所有可能造成理论预言不确定性的干扰,这迫切要求理论家从强相互作用的第一性原理出发提高理论预言的精度。

  南开大学物理科学学院王玉明教授带领研究团队的一名博士后崔博言以及两名博士研究生黄勇康、赵雪辰,基于软共线有效理论以及色散关系技术率先在次领头阶对数上取得了在末态粲强子大反冲区域时B→D (*)lν衰变形状因子的理论预言,并发现粲(轻)夸克质量诱导的修正效应可以产生在重夸克展开框架下的领头幂次贡献,从而实现了自从2008年取得相关形状因子的Born近似结果以来长达15年的理论跨越。此外,研究团队还基于共形对称性发展起来的形状因子参数化方案对格点量子色动力学与光锥求和规则的理论预言结果进行了联合拟合,并发现在拟合方案中考虑光锥求和规则的输入后有助于将B→D (*)lν衰变形状因子在大反冲区域的预言精度提高三倍以上,从而有效缓和了实验高能物理学家关于轻子味道普适性观测量R(D (*))的测量结果与先前理论预言平均值存在的明显分歧(从3.3个标准偏差降低到2.6个标准偏差,见下图)。另外,研究团队还根据重夸克有效理论的运动方程以及B介子高扭度光锥分布振幅,在树图水平上系统考察了四种不同类型的幂次压低效应,发现两粒子twist-5(扭度为五)B介子光锥分布振幅可以在唯象学上产生重要的次领头幂次贡献,引领了模型无关地探索B→D (*)lν衰变形状因子中高阶幂次修正的研究风尚。

 

上图:粲夸克质量贡献的费曼图        

 

下图:R(D (*))的理论预言结果

  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北京工业大学魏焰冰老师、中国海洋大学沈月龙教授、中国科学院高能物理研究所吕才典研究员共同完成的理论工作[JHEP 06 (2017) 062] (被引用64次),以及王玉明教授、高婧博士(原南开大学博士后)、德国锡根(Siegen)大学Tobias Huber教授、慕尼黑工业大学姬尧博士后、淮阴工学院王超老师(原南开大学博士后)、魏焰冰老师(原南开大学博士后)共同合作完成的研究工作 [JHEP 05 (2022) 024]。

  2023年10月20日,相关研究工作以“照耀半轻子B(s) →D(s) (*) l ν衰变过程中R(Ds (*))反常与|Vcb|的新曙光”(Shedding New Light on R(Ds (*)) and |Vcb| from semileptonic B(s)→D(s) (*) l ν Decays)为题, 在线发表于《物理评论D快报》 (Physical Review D (Letter) )。

  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 D (Letter) 论文:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.108.L071504

  JHEP论文I: https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP06(2017)062

  JHEP论文II: https://link.springer.com/article/10.1007/JHEP05(2022)024

编辑:丛敏

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