两种新物理模型下τ-→ι-P0衰变的研究

摘要

随着实验和理论的不断发展,在B物理,C物理引起人们关注的同时,τ轻子物理也引起了物理学家极大的关注。研究τ轻子物理,可以检测标准模型,同时还可以寻找新物理。轻子味破缺(LFV)过程是τ物理研究的一个方向,是发现和描述新物理的一个强有力的工具。
　　 τ轻子作为唯一质量大的能够衰变为强子的轻子,其轻子味破缺过程(τ-→l-P0(l-V0,l-PP)),可以研究弱流结构、味改变中性流禁戒问题以及强相互作用等等。
　　 Belle和Babar在实验方面测得的τ轻子味破缺衰变分支比能够达到O(10-8)-O(10-7)的量级。正在建造的Super-B工厂,即将对τ轻子味破缺过程展开研究,提供一些更为精确的实验数据。
　　 理论上,人们已在不同的新物理模型中对τ轻子味破缺过程进行了研究。涉及到的模型主要有双黑格斯二重态模型Ⅲ(2HDMⅢ)、味改变的Z'模型、SUSY模型、最小超对称模型(MSSM)、R宇称破缺的超对称模型(RPV SUSY)、“Un-particle”模型、Type-Ⅲseesaw模型以及TC2模型等。这些不同模型的研究结果表明,其理论预言值都能够达到O(10-7)～O(10-6)的量级。
　　 本文分别在双黑格斯二重态模型Ⅲ(2HDMⅢ)和味改变的Z'模型下,研究了τ-→l-P0(l-=e-,μ-;P0=π0,η,η')衰变。对于末态的强子矩阵元部分,我们采用了手征微扰论的方法。在2HDMⅢ下,τ-→l-P0衰变的过程通过中性Higgs传播子H0,h0,A0在树图水平发生。研究结果表明,参数|λuu|,|λdd|对Br(τ-→l-P0)几乎无影响。在现有参数范围内,Br(τ-→μ-π0)不能达到实验上限,Br(τ-→μ-η(η'))能够达到甚至超过目前的实验上限。我们用现有的实验上限得到了|λτμ|和|λss|的关联关系:当参数|λτμ|在(10-210)范围内变化时,|λss|在(1-21)范围内变化。由于电子的质量小,且|λτe|＜＜|λτμ|,Br(τ-→e-P0)无法达到实验上限。在味改变的Z'模型下,τ-→l-P0衰变的过程通过中性玻色子Z'发生在树图水平。我们用最新的实验上限限制参数ξLL(ξRL)和ξ的空间,将其限制在ξLL(ξRL)＜1.8×10-3和ξ＜1.3×10-3。我们的研究结果对2HDMⅢ和味改变的Z'模型的模型结构有一定的帮助。