《粲介子衰变及CP破坏唯象研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粲介子衰变及CP破坏唯象研究（90页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、B y X i a n - - W e iK a n g S u p e r v i s o r ：P r o f G o n g R uL u a n dP r o f H a i B oL i D a t e ：M a r c h ，2 0 1 0 【一 摘要 粲夸克物理的研究，特别是含粲介子C P 破坏一直是三十多年来粒子物理研究中的一 个热点。我们目前知道C a b i b b o - K o b a y a s h i M a s k a w a ( C K M ) 矩阵是标准模型中c P 破坏的 唯来源。过去B 介子和K 介子的C P 破坏理论与实验取得了惊人的一致，验证了C K
2、M 矩 阵的可靠性，同时D 介子的C P 破坏很小，几乎为零，有待实验更进一步检验。而目 前D 和D s 介子纯轻衰变常数关于格点计算的结果和实验结果的不一致性也说明了c 夸克部 分并需要更多的理论研究。为此，我们围绕C 夸克部分的课题展开了一系列的研究。 第一部分，我们解释了该物理选题的重要物理意义和论文结构。 第二部分，我们介绍了D o 伊混合的理论和目前的实验现状。运用这些知识，讨论 了在J 砂_ 人灭衰变过程中利用A 万关联对寻找人一天振荡的可能性，给出了B E S - I I I 实 验外场中测量A 一天振荡的敏感度。利用B E S - I I I 上一年的亮度可以得到在9 0 置信
3、水平 上A 一万振荡质量石仇 0 ) 一r ( 访碗诟 0 ) + r ( 访碗t j 0 ) ( 4 - 5 ) 对共轭道，可以同样定义劢。但是注意这里有个要说明的问题，在上一章中已经阐述 过，这里再描述一遍也不显得多余。注意到一个非零的T P 关联并不真正意味着C P 破 坏，因为末态相互作用会污染这个信号，也就是说强相角的存在同样可以产生非零4 丁 ( 或矗) 即使弱相角为零。但是比较一对c P 共轭道使得我们能够从末态相互作用中区分出 4 3 究 ( 4 - 6 ) 表一个轻自旋专重子，P 指代赝 P 三A ( 人亨_ B P ) = f i B ( a + 6 ) 仳A 。( 4 -
4、 7 ) 这里a ，b 分别是P 守恒和P 破坏的振幅。在A 土的静止系中，上式可以约化为 A 4 p 三A ( A 亨一B P ) = x 名( s + P r Y 奄) x 。， ( 4 8 ) 口是沿子重子运动方向的单位矢量，X s 是两个组分旋量， s = v 2 m 。( E B + m B ) a P = 一v 2 m A 。( E B - m B ) b ( 4 - 9 ) 朋P 的模方为 I M p l 2 = ( 1 a 1 2 一1 6 1 2 ) ( m B m A 。+ P B 8 A 。P k 8 B P 日m 。s B s A 。) + ( 1 a 1 2 + I
5、b l = ) ( p 8 p A 。一m B m A c 8 B 8 A 。) + 2 R e ( a b + ) ( m A 。P B s a c m B P A 。8 B ) 十2 I m ( a b ) e 聊叮碓s 台媛。s ( 4 1 0 ) 这里最后一项给出T P 关联。这点在人静止系中可以清楚看出来，此时应该呈现西( 而X 氨。) 的形式。注意到这里的T P 牵涉到s A + ， 1 p A + i 拘自旋，它可以通过它的衰变观测到。 比如说对e + e 一_ X ( 4 6 3 0 ) 一A 瓦的散射过程，可以通过观测它的衰变去得知人 的 自旋I s 4 。在我们的研究过程中
6、，每一个人。的极化可以用文献【8 5 】中对过程J 妒_ A 天分 析末态粒子的衰变测得A 的极化的方法 8 5 1 。产生的A ，砝对继续衰变到一对共轭粒 子人亨_ B P ( V ) 和万一剪( _ ) 衰变产物的角分布含有A 砭极化的信息，进而有T P a s y m m e t r i e s 的信息。用h e l i c i t y 形式的角分布理论，前边已经讨论过，过程人毒_ B P 中， 有两个螺旋度振幅A ，o 和A 一；，o 另一方面，在公式( 4 - 7 ) 和( 4 - 1 0 ) P ，a 和6 是两个有关的 参数，可以容易的看到，A ；，o ，A 一 。o 应该是公式
7、( 4 - 9 ) 中s 和P 的线性组合相应的有， 定义 和 l m ( a b + ) I r a ( A ，o A 每) A T I m ( A ，o A 二 ，” 一x U h 。1 2 + 阻甜 I m ( - 九2 。o 疋1 2 ，o ) V，”。 万；，o | 2 + I - - 扩 如公式( 4 - 6 ) 中讨论的真正的T 破坏信号表述为【3 6 ，7 1 ，7 8 】 1 4 丁2 五 1 m ( - A ，o A - - * _ ；，。) 吼。1 2 + I _ - 对于过程人 一A 丌+ 一r 一) 7 r + ，我们可以构造c P 破坏观测量， A z = 公式中牵
8、涉的一些量可以通过角分布分析得到。 ，m ( 麓丁腑才苇腑一) 毒尹一1 2 +带一1 2 ( 4 - 1 1 ) ( 4 - 1 2 ) ( 4 - 1 3 ) ( 4 1 4 ) ( 4 - 1 5 ) 为不失一般性，对自旋向上的A ，角分 布写为 I M I h 霄，o c c o s 2 等c o s 2 警芦一1 2 + c o s 2 警s ；n 2 警陋A - 扣* p o r 1 2 卜箩叫2 + 8 t n 2 警s ；n 2 警心芦一1 2 + s i n 2 警c o s 2 警陋一| 2 卜写矿1 2 一扣吣t n 卧 心尹一1 2 一I A A 啼- - - p ，r
9、 u 1 2 】 c o s 机酬笆A c 。- - , A , r + 。A , A c - 。, A 丌+ ) _ s i n m ( 笆A c 。- - * A _ “ + n a * A c - 。- , A 霄+ ) ， 同样对自旋向下的石，表述为 l _ 1 2 A 栌P 警c o s 2 譬卜, t o + 1 2 + s i 舻警咖2 譬l 访+ 1 2 A X c - 驴1 2 ( 4 - 1 6 ) + c o s 2 警s t n 2 譬l A 茹两+ 1 2 + c o s 2 警甜譬陋+ 1 2 陋霄一1 2 + 扣s ；n 纭1 2I a X - ，- f f n
10、r + 1 2 c o s 妨R e ( A 李歹薪一A $ h 一) 一s t n 螃，m ( A 套A , 一- - , 一A * r - A * 连A c ，- 。, 劢一) ( 4 - 1 7 ) J 一丹 垒h 扣一+ 坐硝 ，一A + t v s A 。p 售s v B c P y 互7 。一e y p A 。p 告s B vc p y J A a 。】 + 2 e v 。+ 阳) e p 咿【I m ( a x + b y 。) 碓s 台以。弓 + m A 。I m ( b x + + a y + ) 鳐s 台s 炙。E 孑一I m ( a x 一b y + ) 鳐p X 。s
11、久。e 孑 一m B I m ( a y 一b x + ) 4 p i 。s 夤。E 孑1 合 角 8 ) = 零 ( 4 - 1 9 ) 量。这些T P 关联项在对矢量介子极化求和后将会消失。公式( 4 - 1 9 ) 中，对纵向极化 的矢量介子来说，仅仅第一项存在，并且有跟A _ B P 衰变同样的结构。对于过 程A _ A p + 一( p 7 r 一) ( 7 r + 7 r o ) ，我们定义T Pa s y m m e t r y 为 如= 三( 一+ 一) 。， 出现在角分布中的相关项列在下边，下标记为r 1 耳 1 r e l e v a n t 对自旋向上的A 有， I M
12、I 毛o c c 0 8 2 等c 毋警c o s 26 l p l 4 全芦一1 2 + c o s 2 等s i n 2 警c o s 2 如l A ! 卅I 】A A e - - 却+ 1 2 + p 竽s i n 2 警c 0 8 26 l p l A 穸一 2 + s i n 2 等c 傩2 警c 0 8 2 t i I A A - 到 * p ，| r 卅I ”譬矿1 2 第四奄A 重子衰变中的c P 破坏研究 一去s i n 纵。s i n 以c o s 2 铭 I A 全芦一1 2 一r A A - 扣- * p a - 一1 2 【c o s 咖 R e ( A 全f A 矿
13、A , 一t 扣c - - A p + ) 一s i n O h l m ( A 全 f f 却+ A * 一A 扣c - - + 却+ ) ，( 4 - 2 1 ) 对自旋向下的酝有， I 丽艮 s t n 2 等c o s 2 譬c o s 2 驯, 0I 。z 1 享A ，- 。 两+ 1 2 + s i n 2 等融n 22c o s 2 郎陋+ 1 2 1 a X e - - - , 忑P 1 2 + c o s 2 警s i n 2 譬c 傩2 铭幢芦+ 1 2 + c o s 2 警c o s 2 譬c 璐2 郎陋I 】卜驴一1 2 + 三s i n 纭。s i n 纭c o s
14、 2 铭 1 4 享芦+ 1 2 一f A 至- 扣- - , F r + 1 2 ， c o sC x R e ( A 一全, o - “ 矿A , 遗A c ，- 。- t 矿) 一s i n 螈州鹰A h c ，。- - , 妒A 驴一) ，( 4 - 2 2 ) 实验上，A ，o s 和A 一，o 的大小及相对相位可以通过对公式( 4 - 1 6 ) ，( 4 - 1 7 ) ，( 4 - 2 1 ) 和( 4 - 2 2 ) 给定的角分布拟合得到。这些公式是本章的主要结果。用个统计量相对大的数 据样本，测量这些T Pa s y m m e t r y 是可行可靠的方法。 A 衰变某种
15、程度上不同于A 6 衰变，原因是即使在标准模型中A 6 也可以有较大的T P a s y m m e t r i e s 8 3 ，8 6 ，8 7 。然而标准模型中，粲夸克区域的c P 破坏非常小，因此任何A 衰变非零的信号都是新物理的象征。现在我们来估计标准模型以及新物理中这些T P a s y m m e t r y 的) k ：4 , 。在标准模型中，弱粲衰变的有效哈密顿m 为 s s 】 码，2 荔阢( c l o 汁c 2 0 9 ) l + h c ，( 4 - 2 3 ) 这里 D ；= 嘞( 1 一铂) c 研弘( 1 7 s ) d ， 0 墨= 黾( 1 一舶) 印礼矿( 1 一佻) d 口，( 4 - 2 4 ) h c 意为厄米共轭。以下我们也用到粲能标I 拘W i l s o n 系数1 3 1 = 1 2 7 ，1 3 2 = 一0 5 3 【8 8 此时我们已经忽略粲夸克衰变很小的企鹅图贡献。标准模型中任何C P 破坏来自 于c K M 矩阵码，的虚部，要被压低到D ( A 6 ) ，入一0 2 2 是c a b i b b o 角f 4 7 】。显然标准模型 中A 衰
