径向高激发赝标介子ηc (nS)的弱衰变研究

摘要

粒子物理是研究物质基本组成理论的科学，是物理学的一门主要分支，为物理学贡献了很多成果，但依然存在着很多未解难题。赝标介子弱衰变的性质研究一直以来是粒子物理学科中，具有重要价值的研究方向之一。近些年，随着实验中新粒子的不断发现，人们认为这些新出现的粒子很可能是径向激发态的。所以我们期望对ηc介子高激发态多个衰变道的进一步研究，帮助我们搞清赝标介子弱衰变的性质，更加深刻的理解基本粒子当中夸克间的相互作用，并且不断验证标准模型的适用情况。因此，本文尝试更加细致地在标准模型下研究高激发态赝标介子，这也就是为什么要选择目前研究较少的ηc介子弱衰变道作为研究对象。当然，作为赝标介子弱衰变本身也是值得研究的。
　　本文主要是以瞬时近似的Bethe-Salpeter方程方法计算出指定衰变道的衰变宽度和分支比。用到的BS方程是处理重介子束缚态最经典的方法，在赝标介子弱衰变问题中非常重要。不仅如此，本文研究的高激发态粒子需要相对论理论修正，所采用的BS方程满足相对论和量子场论的条件，是可以很好的用来描述重介子束缚态问题。研究nS态的重介子弱衰变不但可以帮助我们理解相对论修正的作用，而且可以得到其有别于基态介子的性质。
　　然而，直接求解BS方程十分困难，针对ηc介子的多个径向高激发态，采用瞬时近似的方法处理Salpeter方程，选定的方法可以使所要研究的介子波函数形式更加精确。然后，求解出ηc（nS）的本征值和相对论修正下的本征波函数，得到了其质量谱。接着，用曼德斯坦(Mandelstam)机制求解出强子矩阵元，并化简波函数进行了重叠积分。最后，数值运算得到对应衰变道的衰变宽度和分支比，分析了计算结果并对其半轻衰变的性质加以研究。
　　本文首先确定出弱衰变的费曼规则，利用费曼规则画出具体某个衰变道相关过程的Feynman图，推导出粲夸克偶素的跃迁矩阵元。将BS方程瞬时近似进行化简之后，在约束条件下构造出初末态的波函数方程。接着，详细介绍了数值计算中所要用到的参数和选取原因，利用Mathematica和Fortran编程软件求解出积分因子的数值，得到了轻子谱，计算出弱衰变道强子矩阵元和形状因子的数值解。最后，跃迁矩阵元平方代入衰变宽度表达式，计算得到衰变宽度并与总的衰变宽度作比，得到最终的分支比数值结果。并将得到的数值运算结果和其他文献的计算结果进行比对。分析和讨论认为，所采用模型的数值计算结果与其他文献结果误差很小。同时也检验了程序的正确性和计算模型的可靠性，说明了BS方程模型是研究重介子束缚态问题可靠有效的方法模型。文章中的分析讨论和结论部分加深了人们对ηc（nS）介子高激发态弱衰变性质的了解，同时也增进了标准模型适用范围的理解，期望对LHC-b的实验探测工作和数据分析有所帮助。

目录

第1章绪 论

1.1标准模型简介

1.2 BS方程的发展

1.3ηc (nS )介子的研究现状

1.3.1国内外理论研究

1.3.2国内外实验研究

1.4主要研究内容

第2章 瞬时近似BS方程方法

2.1 BS方程的建立

2.2瞬时近似的Salpeter方程

2.3方程求解过程

2.4本章小结

第3章 ηc (nS )介子的弱衰变过程

3.1粲偶素波函数求解

3.2衰变方程推导

3.2.1衰变宽度推导

3.2.2强子矩阵元推导

3.2.3形状因子推导

3.3本章小结

第4章 数值计算结果和分析

4.1介子质量谱

4.2半轻衰变ηc+(nS)lDnS→Dsl+v1数值计算

4.2.1计算过程中的参数选择

4.2.2求解衰变宽度与分支比

4.3数值结果与分析

4.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢