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B meson Physics: A Short Review
肖振军，南京师范大学物科院
2014.5.30, 中国科大,合肥
Outline
1. b physics，current status
2、Leptonic b meson decays
3. Semileptonic b meson decays
4. Some pure annihi. B/Bs decays
5. K π puzzle
6. Bc pure annihilation decays
7. B/B_s three body decays
8. Our recent works
9. Summary and expectations
1.b physics: current status
B介子物理的主要物理目标
---发现B介子系统的CP破坏：
---标准模型味参数的精确测量
---发现新物理存在的信号或证据
★ 发现了B介子系统的直接CP破坏
★ sin(2β)的精确测量；
★ 测量了几百个衰变道的分支比；
★ 发现了许多Exotic粒子：X, Y, Z；
★ find some “puzzles”
BaBar, Belle, LHCb,Super-B Factories
LHC Physics Run Starts at 2009
日本和意大利的两个Super-B工厂
Talk given by T. Browder at KEK-FF 2014
中国科学家全面参加了国际b物理实验
Belle Collaboration:
IHEP, C.Z.Yuan,C.C.Zhang, C.P.Shen et al.,
USTC, Z.P.Zhang et al.,
Other 4 groups from Taiwan
★ ★ see 1202. 5632ex: Observation of new resonant
structures in γγ\to ω φ,φφ and ωω
Z. Q. Liu, C. P. Shen, C. Z. Yuan, et al., Belle Collaboration
BaBar，… ?
Belle-II： 苑长征，沈成平等.,
LHCb Collaboration:
★
清华, 高原宁 et al.,
★
华中师范大学，谢跃红 et al.,
CMS Collaboration: IHEP
Atlas Collaboration: 177 units；
高能所，中国科大，山东大学，南京大学；台湾同行
★在b物理理论和唯象研究方面,国内有一支很强的队伍:
★ 强子波函数与跃迁形状因子研究:
黄涛,马伯强,郭新恒, 乔从丰，吴兴刚，李作宏等
★ b物理唯象研究方面:
---- 杜东生，杨亚东，杨茂志,朱国怀,魏正涛,
杨德山, 李新强，孙俊峰等;
---- 张肇西, 马建平, 王国利等;
---- 吴岳良, 庄辞, 周宇峰, 苏芳等
---- 吕才典, 李营，王玉明, 王伟, 沈月龙,
余先桥，于福生等
---- 肖振军，郭立波，刘新,张志清，王文飞等
---- 杨金民, 曹俊杰, 李新强等
★ 台湾: 李湘楠, 郑海阳, 蒋正伟等
2. Leptonic b meson decays
B →τν
• Recent progress:
NNLO QCD corrections
+ NLO Electroweak
corrections
◆
When new Belle results taken into account,
1208.4678[hep-ex], 2.4σ disagreement left.
New World Average:
有偏离，但只有2.4σ！
◆ gap between the SM and the data become
narrow now. New data look more like SM!
3. SemiLeptonic b meson decays
3. 1 SemiLeptonic B/Bs decays
◆ BABAR measurements:
PRL 109, 101802 (2012);
Evidence for an Excess of
B \to D^(*) \tau \nu Decays
3.4σ deviation
from SM !
Courtesy of G.Bozzi
◆
Y.Y. Fan, W.F. Wang, S. Cheng, and Z.J. Xiao
Chin.Sci. Bull. 59 (2014) 125, 1301.6246[hep-ph]
◆
SM interpretation for BaBar’s anomaly!
◆ Differential decay rates for B meson decays:
The blue curve: pQCD predictions;
The red curve: The HQET predictions;
◆ Similar but with a little difference !
◆
Y.Y. Fan, W.F. Wang and Z.J. Xiao
Phys.Rev.D89, 014030(2014): 1311.4965[hep-ph]
3.2
A、 Our recent work: Phys. Rev. D86, 114025 (2012).
◆ NLO pQCD predictions for the charged current
semileptonic B/Bs decays .
Agree well with data
◆ NLO pQCD predictions for the charged current
semileptonic B/Bs decays .
Bs
◆ The neutral current semileptonic B/Bs decays .
Agree well with data
◆ These ratios have small error, to be tested by Exp.
B、 Our recent work:
Phys.Rev. D87, 097501 (2013)
◆
pQCD predictions for BRs of SL B/Bs decays
Table III
◆
pQCD predictions for BRs in eta-eta’-G MS
4. Pure Annihi. B/Bs decays
CDF Results
F.Ruffini, 1107.5760ex
CDF Results
F.Ruffini, 1107.5760ex
我们在2004年给出的pQCD理论预言被
2011年的CDF和LHCb实验证实!
4/8/2015
42
LHCb Results
Powell, PANIC 2011, MIT
4/8/2015
44
----
B^0 \to K^+ K^- decay
--- The pQCD prediction given by Chen and Li
at 2001 is very small: Phys.Rev.D64,014003 (2001)
Br(B^0 \to K^+ K^-) =5 x 10^{-8}
Only 1/3 of the measured value from CDF
and LHCb: Br(B^0 \to K^+ K^-) = 1.4 x 10^{-7}
--- we recalculate this decay recently, and find that
Br(B^0 \to K^+ K^-) =1.5 x 10^{-7}
Well consistent with the data!
◆ 我们做了拓展研究：Phys.Rev.D85,094003(2012)
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46
◆ Contributions from twist-2 and -3 parts
关于纯湮灭衰变过程
请看D.F.Ruffini 的博士学位论文：
Measurements of charmless b-hadron decays
at CDF: first evidence for the annihilation $B_s \to
\pi^+\pi^-$ decay mode, 2012, 264pages..
◆ F.D.Ruffini 博士论文的插图 Fig.12.2
◆ F.D.Ruffini 博士论文的插图 Fig.12.3
5、 K π、 π π puzzle !
What is the K π puzzle ?
5.1 K π puzzle !
Kπ puzzle
LO Feynman
Diagrams
NLO
Kπ puzzle
Chin.Phys.C38(2014) 033101; 1305.6103[hep-ph]
5.2 B^0 \to \pi^0\pi^0 puzzle
The NLO pQCD prediction for Br(B^0 \to \pi^0\pi^0) is
Br(B^0\to \pi^0\pi^0)= ( 0.23 \pm 0.19) x 10^{-6},
while the measured values is
Br(B^0\to \pi^0\pi^0)^{exp} = ( 1.91 \pm 0.23) x 10^{-6}
6、 Bc介子两体纯湮灭衰变研究
◆ pQCD predictions to be tested at LHC
◆ For the pure annihilation B_c decays, we have
calculated about 200 chanels:
B_c → PP, PV, VV, SP, SV, AV, VA
◆ 刘新，肖振军，吕才典，
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
◆
Phys.Rev. D81, 014022 (2010);
Phys.Rev. D81, 074017 (2010);
Phys.Rev. D82, 054029 (2010);
J. Phys. G38, 035009 (2011);
Phys.Rev. D84, 074033 (2011);
2013年教育部优博论文提名奖。
LHCb，Belle已经有部分实验数据，理论研究
还刚刚开始，有很多问题。
--- PRL 112 （2014）011801， LHCb，
Measurement of CP Violation in the Phase Space
of B → K+K−π and B → π^+π^−π Decays;
--- Ying Li, PRD89,094007（2014）；1401.5948;
--- J.L.Rosner et al., 1402.2909;
--- Wang W.F et al., PRD89, 074031 (2014).
8、课题组2014年部分工作
1a. Higgs Physics:
Y.B. Liu,S.Cheng, Z.J. Xiao, Phys. Rev. D89, 015013 (2014)
1b. Higgs Physics:
Y.B. Liu, Z.J. Xiao, JHEP, 02 (2014) 128
2a. B介子半轻子衰变
Y.Y. Fan, W.F. Wang, S. Cheng, and Z.J. Xiao
Chin.Sci. Bull. 59 (2014) 125, 1301.6246
2b. B介子半轻子衰变
Y.Y. Fan, W.F. Wang and Z.J. Xiao , Phys.Rev.D89, 014030(2014)
2c. B介子半轻子衰变
Z.J. Xiao, Y.Y.Fan, W.F.Wang, S.Cheng, CSB 59 (2014)
3a. 对形状因子的pQCD NLO修正
S.Cheng，Y.Y. Fan, Z.J. Xiao, Phys. Rev. D89，054015 (2014)
3b. 对形状因子的pQCD NLO修正
S.Cheng，Y.Y. Fan, Z.J. Xiao, Phys. Rev. D89，094004 (2014)
3c. B decays and NLO contributions
J.J.Wang et al., Phys.Rev.D89, 074046 (2014)
9、Summary
◆ 过去的20年, B物理实验和理论研究已经取得了
巨大的成功!
◆ 目前看到一些puzzle, 但仍然没有发现新物理存
在的 evidence。
◆ 强子矩阵元的计算仍存在较大的误差，因子化方
法有待改进，计算困难，需要更多的研究！
◆ 我们的B物理研究团队取得了一些好的成果，仍
需继续努力，争取不断进步。
Expectations
◆ LHC实验发现了中性Higgs粒子，有可能直接发现
带电Higgs等新物理粒子！
◆ LHCb, Super-B等相关实验将提供大量的 b 物理
数据，实现对CKM相角，稀有衰变道分支比和CP破
坏的精确测量。与LHC上的直接发现互补！
◆ 在B介子衰变过程中,通过圈图效应,发现新物理存
在的证据是可能的！
◆ 国内已经有很好的实验研究和理论研究团队,已经
做了大量的工作！可以并应当做出更多的贡献!
欢迎朋友们访问南京师范大学物科院！