高能反应中带电轻子对产生过程的研究

发布时间：2018-02-12 18:14

  本文关键词： 标准模型 B介子稀有衰变 Majorana中微子 轻子数破坏 大型强子对撞机(LHC)　出处：《山东大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：研究同号或异号带电轻子对产生过程对精确检验标准模型和探测超出标准模型的新物理具有重要作用,本文通过研究B介子稀有衰变和pp反应中的带电轻子对产生过程来寻找新物理信号。味改变中性流引起的B介子稀有衰变对标准模型和超出标准模型的新物理十分敏感,稀有半轻衰变B+→π+l+l-(l=e,μ,T)包含味改变中性流b→d过程,为了通过该过程检验标准模型、探测新物理,需要在标准模型中对其进行精确的研究,我们对B→7r形状因子做了重新研究,进而在标准模型框架下给出了B+→π+l+l过程的衰变分支比,并与LHCb的实验测量作了比较,结果表明新物理可能存在的参数空间不能被排除。中微子振荡现象表明中微子具有非零质量,是目前唯一超出标准模型的新物理存在的直接证据,因此研究中微子的质量产生机制及其粒子性质是一个十分重要的课题。Seesaw模型是一种比较自然的中微子质量产生机制,我们在第(I)类seesaw模型下研究了Majorana中微子对B介子稀有衰变B+→ π+μ+μ和轻子数破坏稀有衰变B±→π±μ±μ±的贡献。通过这种B介子的稀有衰变只能确认质量小于5 GeV的中微子的Majorana粒子性质,为了寻找更重的Majoran a中微子存在的信号,我们对LHC上的pp→μ±μ(?)(μ±)jj带电轻子对产生过程做了系统研究。本文中完成的主要研究工作如下：·对LHCb实验发现的B介子稀有半轻衰变B+→π+μ+μ过程做了系统的研究：首先,利用QCD光锥求和规则方法在2扭度次领头级精度上计算了0≤q2≤ 12 GeM2区域上的B→π形状因子f+B→π(q2)、f0B→π(q2_和fTB→π(q2),研究过程中采用了手征流关联函数,消除了目前尚不清楚的3扭度π介子光锥分布振幅对结果的影响,得到了更加稳定的光锥求和规则结果；其次,为了减小将光锥求和规则形状因子解析延拓到高q2区域所带来的误差,我们利用格点QCD方法与光锥求和规则方法的互补性以及形状因子的解析性质,用Bourrely-Caprini-Lellouch参数化形式同时拟合光锥求和规则结果和高q2区域的格点QCD数据,得到的整个q2区域的形状因子行为与Ali, Parkhomenko和Rusov得到的结果相符；第三,利用整个q2区域上的形状因子,在标准模型框架下研究了B+→π+l+l-(l=e,μ.丁)过程的衰变分支比、微分衰变分支比等可观测量,其中B+→π+μ+μ-衰变道衰变分支比的标准模型预言可以描述LHCb实验的测量数据,与其他理论结果在误差范围内也是一致的,而在现有的实验精度和理论误差下,不能排除可能存在的新物理参数空间。·在第(I)类seesaw模型下,我们讨论了Majorana中微子(mπ mN mB)对B介子稀有半轻衰变B+→ 7r+μ+μ-过程和轻子数破坏的B介子稀有衰变B±→~π(?)μ±μ±过程的贡献,并通过B+→π+μ+μ-过程衰变分支比的三组标准模型理论预测结果和LHCb实验测量值限制了seesaw模型的参数——Majorana中微子质量mN和中微子混合矩阵元RμN,利用这些参数限制,进一步研究了轻子数破坏过程B±→π(?)μ±μ±的衰变分支比,得到了与LHCb获得的衰变分支比上限基本-致的结果。尽管B介子轻子数破坏稀有衰变过程的衰变分支比很小,但随着实验精度的提高和数据的积累,这种重Majorana中微子存在的信号是有希望被观测到的,研究中所得到的参数限制也可以用于其他轻子数破坏过程的寻找。·在第(Ⅰ+Ⅱ)类seesa w模型下,通过系统分析各种理论预言和实验测量结果对模型中重Majorana中微子的限制,我们详细研究了在满足现有条件的情况下,质心能量为14和100 TeV的LHC上,两个质量几乎简并的重Majorana中微子所引起的异(同)号带电轻子对产生过程pp→μ±μ(?)(μ±)jj的产生截面σ、电荷不对称AC、极角分布下的CP不对称ACPθP和方位角分布下的CP不对称ACPφ,我们发现AC、ACPθ和ACPΦ对两者中较轻的Majorana中微子质量mN1的变化并不敏感,且ACPθ(Δφ)=ACPΦ(Δφ),其中△φ为中微子混合矩阵元RμN1和RμN2之间的CP相位差。在14 TeV质心能量下,我们对pp→μ±μ(?)(μ±)jj过程做了初步的背景分析,研究结果表明加入限制条件后相应的C和CP不对称仍然是比较明显的。另外,可以考虑在更高能量和积分亮度下对该过程做进一步信号和背景分析,以研究重Majorana中微子及其相关CP破坏的可观测性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O572.2
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本文编号：1506249