Введение к работе
Актуальность работы
Одной из целей недавно запущенного ускорителя LHC является поиск явлений, выходящих за рамки СМ. Однако - в зависимости от конкретного сценария новой физики, реализуемого в природе - может случиться так, что энергия LHC окажется недостаточной для прямого рождения новых частиц. Поэтому необходимо иметь универсальный аппарат для извлечения возможного вклада виртуальных "нестандартных" частиц из распадов частпц СМ. Для такой процедуры редкие распады В-мсзопов, в которых вклад "стандартной" физики априори сильно подавлен, представляют собой одни из идеальных инструментов поиска физики "новой".
В настоящее время исследование различных характеристик распадов 6-адронов является одним из перспективных направлений непрямого поиска эффектов "повой физики" вне рамок Стандартной моделью (СМ). Эти эффекты, в основном, обусловлены вкладами "нестандартных частиц" в петлевые диаграммы рассматриваемых распадов. Индикаторами наличия неучтенных в СМ петлевых вкладов могут служить как эффекты СР-нарушсния в распадах В-мсзонов, так н дифференциальные распределения в редких распадах Ь-адронов. Редкие распады 6-адронов на партонпом уровне обусловлены переходами 6 — {d, s} {7, +(~], которые идут за счет нейтрального тока, нарушающего аромат. Данный ток в СМ возникает начиная с однопстлевого уровня за счет диаграмм типа "шшгвин" и "квадратик". Для редких полулептонных распадов В-мезонов с векторным мезоном в конечном состоянии парциальные ширины имеют порядок 10_в -10~7. Парциальные ширины лептониых радиационных распадов находятся в интервале 10~8 - Ю-9. В настоящее время наибольшая статистика рападов В-мсзопов набрана на В-фабриках ВаВаг и Belle. В публикациях 2009 года этн коллаборацші ашюнсирова-ли наблюдение 384 и G57 миллионов ВВ-пар соответственно '. Подобная статистика позволяет измерять не только парциальные ширины редких полулептонных п потенциально редких лептониых радиационных распадов, по на статистике в несколько сотен событий изучать дифференциальные характеристики распадов В —» (К",К)іх+ц~. К таким характеристикам относятся распределение по инвариантной димюошюй массе и зарядовая лептонная асимметрия Арв(). Последнее из указанных распределений особенно чувствительно к вкладам от "нестандартных частиц". Необходимо отметить, что 1 Имеются в виду В* В~- и Б^Б^-пары, которых рождается примерно поровну.
последние экспериментальные результаты коллаборацин Belle для Afb тяготеют к моделям, в которых знак внльсоновского коэффициента С77 противоположен знаку этого коэффициента в СМ. Однако определенных выводов сделать пе возможно, поскольку экспериментальные данные отличаются от предсказаний СМ менее чем на два стандартных отклонения. Результаты коллаборацин ВаВаг имеют меньшую точность, по они коррелируют с данными Belle.
Чтобы прояснить вопрос о величинах и относительных фазах вильсоновских коэффициентов CV7, Сду и Сюл требуется пе только провести измерение Ар в при большей статистике, но и изучить другие дифференциальные характеристики, несущие принципиально дополнительную информацию о коэффициентах Вильсона. К таким харак-теристикам относятся зависящая АСр (г) и не зависящая Аср (s) от времени СР-асимметрии. Поскольку эффекты СР-нарушения имеют порядок 10_3, то для изучения СР-асимметрий в редких полулептопных распадах требуется статистики, превосходящая статистику В-фабрик минимум на два порядка. Такую статистику 6-частиц за несколько лет может набрать коллайдер LHC. Например, детектор LHCb за год будет регистрировать около 1012 №-пар, что на четыре порядка больше, чем годовой выход ЬЬ-пар на В-фабриках. Планируемые Супер В-фабрики будут уступать LHCb по годовому выходу ЬЬ-пар, но иметь преимущество в чистоте наблюдаемого сигнала. Таким образом, введение в строй новых ускорителей перемещает вопрос об измерении СР-аснмметрнй в редких распадах из области умозрительных рассуждений в практическую плоскость.
Цель диссертационной работы
Целью диссертационной работы является теоретическое изучение редких распадов В-мезонов с лептонами в конечном состоянии. Поскольку эти распады чувствительны к расширением СМ, то сравнение теоретических предсказаний для различных характеристик подобных распадов с новейшими и ожидающимися в ближайшем будущем экспериментальными данными, позволит либо обнаружить эффекты вне рамок СМ, либо поставить новые более жесткие ограничения на совокупность свободных параметров таких моделей.
Для достижения этой цели главными задачами работы были: рапрострапие техники спиральных амплитуд на тензорные и псевдотензорные лептонные и кварковые токи, вычисление спиральных амплитуд, ширин, зарядовой-лептошгай асимметрии и асимметрии СР-парушения в распадах {BJ, В} —> ^1~ и {В, В} —> ф(+(~ для
комплексных коэффициентов CV-p Cove/j, Сюл в моделях, где операторный базне аналогичен СМ и сравнение получившихся значенні! для различных относительных фаз внльсоновских коэффициентов, которые как раз и чувствительны к возможной "новой физике".
Следующая задача диссертации состояла в вычислении парциальных ширин четы-рехлептонных распадов Bt —> (+~U(Pe в СМ, в количественной оценке вклада этих распадов в фон для других редких лсптопиых распадов BjJ, — +~, а так же в оценке вожможностп регистрации этих распадов па устапках коллайдсра LHC и на будущих машинах, таких как Супер В-фабрпки и Международный линейный коллайдер (ILC);
Получение количественных оценок влияния постоянного магнитного поля и электромагнитных полей в вещество современных детекторов на парциальную ширину распадов Д, —> ц+ц~ было еще одной задачей настоящей работы.
Основные результаты диссертационной работы
-
Обощсн метод спиральных амплитуд на тензорные и псевдотеизорные лептонные и кварковыс токи.
-
Впервые вычислены зависящая и не зависящая от времени СР-асиммстрин для редких полулептоппых и лсптопиых радиационных распадов Б-мезонов с учетом осцилляции нейтральных мезонов.
-
Показана возможность восстановления относительных фаз внльсоновских коэффициентов Cjlt Cgy н Сюл при объединении данных по парциальным ширинам, зарядовой лептоппой асимметрии AFD, зависящей от времени AqP (т) и не завн-сящей от времени АСЧР (s) СР-асішмстрнн в редких полулептоппых н лсптопиых радиационных распадах {В, В} —> f(+(~ а {В, В} —> ф+~. Показана принципиальная возможность современных п будущих экспериментальных установок по измерению значений этих параметров.
-
Впервые проведена оценка ширин редких четырехлептопных распадов В%д -* +~V(V(. Показано, что исследование собственно этих процессов па установке LHC по представляется возможным ввиду их малых ширин. Тем не менее, установлено, что они являются фоновыми для редкого распада В% —> )і+Ц~ - одого из центральных обьсктов Д-физнческой программы.
5. Впервые проведены вычисления поправок в парциальные ширины редких лептонних распадов В-мезонов за счет внешних классических полей. Показано, что при характерных для современных детектирующих установок напряженпостей электрических и магнитных полей подобные поправки малы.
Научная новизна полученных результатов
Полученные теоретические результаты по различным характеристикам редких мпо-гочастичных распадам В-мезоиов несут необходимую информацию для выяснения возможности регистрации вкладов физики вне Стандартной Модели, существенного уточнения параметров СМ, в частности матричных элементов матрицы смешивания квар-ковых токов Кабиббо-Кобаяши-Маскава, модулей и относительных фаз вильсоновских коэффициентов, параметров СР нарушения, и наложения ограничений на возможные актуальные теоретических модели, обобщающие СМ, что в свою очередь дает более глубокое понимание фундаментальных законов микромира. Подобные данные в настоящее время отсутствуют для большинства редких многолептонных распадов.
Практическая ценность работы
Полученные данные о величинах сечений, спиральных амплитуд и СР-аснмметрий для редких многочастичных распадов дают информацию о том, как устроены такие распады и тем самым позволяют получить численные значения параметров физических моделей за рамками СМ. Изучение редких многлептошшх распадов дает сведения об их вкладе в общий фон для других редких распадов В-мезонов, изучаемых па современных экспериментальных установках. Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы при дальнейшем теоретическом анализе проблемы редких многолептонных распадов В-мезоиов, для поиска данных распадов па установах Большого адроиного коллайдера (LHC) и для тонкой экспериментальной проверки СМ. Кроме того, результаты данной работы могут быть использованы при планировании научной программы для новых экспериментальных установок в области физики высоких энергий, таких как Супер В-фабриках и Международного линейного коллайдера (ILC).
Личный вклад автора
Основные результаты, представленные к защите, получены самим автором, либо при его непосредственном участии.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены на различных конференциях и школах:
-
The XVIIIth International Workshop "High Energy Physics and Quantum Field Theory" (QFTHEP'2004), St. Petersburg, 17-23 June, 2004.
-
Ломоносовские чтсшія-2005, Москва, 17-28 апреля, 2005.
-
9th International Moscow School Of Physics (34th ITEP Winter School Of Physics), Moscow, February 21 - March 1, 200G.
-
Ломоносовские чтсішя-2007, Москва, 1G-2G апреля, 2007
-
Научная ссссня-коифсрмщия секции Ядерной Физики Отделения Физических Наук Российской Академии Наук "Физикафундаментальных взаимодействий", Москва, 2G - 30 ноября 2007.
G. Ломоиосов-2008, Москва, 8 - 12 апреля 2008.
-
14 Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых, Уфа, 2G марта - 3 апреля 2008
-
XIII International Conference Selected Problems Of Modern Theoretical Physics, Bogoliubov Laboratory of Theoretical Physics, Dubna, Russia, June 23-27, 2008.
-
International Conference on Particles And Nuclei (PANIC08), Eilat, Israel, 9-14 of November, 2008.
-
Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине, Москва, 23-24 ноября, 2008.
-
12th International Moscow School Of Physics (37th ITEP Winter School Of Physics), Moscow, 09-16 February, 2009.
Публикации
Перечень опубликованных работ по теме диссертации приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации
