6．粒子物理课题组
粒子物理课题组：
6名教师：杨亚东，谢跃红，陈绍龙，李新强，尹航，袁兴博；
5名博士后：严鑫帅，肖栋，Amit Dutta Banik，Shuichiro Funatsu，Srimoy Bhattacharya；15名博士生。
2020年度，粒子物理课题组主要研究进展简述如下：
1)在LHCb实验上对稀有衰变的寻找
衰变过程主要通过费曼图进行，其中的三胶子熔合费曼图受到OZI规则的压低，介子混合过程有主要贡献。理论预期此过程的衰变分支比约为【Michael Gronau, Jonathan L. Rosner, Phys. Lett. B666 (2008) 185】。
我们利用LHCb实验采集的9的质子-质子对撞数据，对衰变进行了搜寻，其中。通过对和质量谱的分析，发现了的信号迹象。衰变分支比的估计值为, 在90%置信度下设置分支比上限。与之前的上限相比，新结果的搜索灵敏度显著提高，对理解介子衰变中的OZI压低机制提供了重要信息。此研究结果2020年度完成，并发表在Chin.Phys.C45（2021）043001。
2)LHCb精确电弱测量对质子部分子分布函数的影响
在大型强子对撞机上，质子的部分子分布函数是一个重要的输入参数。LHCb探测器是单臂前向探测器，所收集的Z玻色子事例都是前冲事例，对应着极大或者极小的部分子分布函数。因此LHCb未来所收集的数据预期将对部分子分布函数产生较大影响。我们首先检查了LHCb对于各种夸克PDF的关联程度，确认LHCb数据将对极大和极小PDF产生影响。
随后，利用LHCb 2015数据所测量的Z玻色子产生截面结果，投影到 LHCb未来所获得得5 fb-1已经300 fb-1数据，使用ePump软件包来得到LHCb数据对于PDF拟合的影响。最终发现，对于u，d夸克的部分子分布函数有较大影响，特别是对d-bar/u-bar PDF在较大x区间有着显著的提高。
此项研究结果于2020年度完成，并发表在Chin. Phys. C 45 (2021) 2, 023110。并对后续的实验测量提出了指导性意见。目前，LHCb使用2016-2018年所收集数据的物理分析已经进入物理组审核阶段，有望今年发表相关结果。
3)在R宇称破缺的最小超对称模型框架内，对B物理反常的解释
在R宇称破缺的最小超对称模型框架内，如若同时考虑两类较轻的费米子超对称伴子——子中微子伴子和右手底夸克伴子，我们发现B介子半轻衰变中的两类反常，即带电流过程中的反常和中性流过程中的反常，可以同时得到解释。同时，我们还研究了来自其它相关过程的约束，例如，衰变、混合、Z衰变。
在R宇称破缺的最小超对称模型中，我们找到了同时解释反常、反常、和反常等B介子半轻衰变中轻子味普适性破缺迹象的新物理参数空间。
我们同时考虑了子中微子超对称伴子和右手底夸克超对称伴子。在我们重新计算了超势项对的一圈图贡献之后，发现箱图的贡献在已有的文献中被遗漏了，该贡献通常为正，不利于解释相关的反常观测量。进一步，我们发现当时，该箱图的贡献在数值上可以忽略。除了箱图的贡献被遗漏之外，我们还发现中微子超对称伴子对企鹅图的贡献不可忽略，因为该贡献存在对数增强。这一点在之前的文献中也是没有被提及的。由于该企鹅图贡献的是普适的，因此我们采用两参数方案来解释中的反常。利用和来解释B物理反常的新物理参数空间会受到来自其它过程的约束。最强的约束来自于衰变、混合和Z玻色子衰变。除此之外，也可以带来少量约束，而其它过程，例如衰变则不能提供有效的约束。该研究结果可以为今后即将到来的测量B物理反常的实验提供参考。
相关研究发表在Eur.Phys.J.C 80 (2020) 5, 365。
4)在软共线有效理论框架下，完整地给出了B介子两体非轻无粲衰变中QCD企鹅振幅的两圈QCD修正
B介子两体非轻无粲衰变在精确抽取CKM幺正三角形的三个相角、检验描述CP破坏的小林-益川机制，以及深入理解描述强相互作用的QCD理论的微扰和非微扰特性等方面均具有重要意义。为了进一步提高理论预言的精度，我们需要计算对这类过程的衰变振幅的高阶QCD和高阶幂次修正。为此，我们采用当前国际上比较流行的QCD因子化方法和软共线有效理论，并利用近年来发展起来的多圈费曼图的解析计算技术，首次完整地计算了领头幂次近似下QCD企鹅振幅的两圈QCD修正。同时，我们显示地证明了共线因子化定理在两圈水平上是成立的。数值上，我们发现，虽然流-流算符和QCD企鹅算符各自可带来较大的修正，但两者之间存在着显著的抵消，从而使得这些高阶修正项对最终结果的影响很小，且和次零头阶下的结果十分接近。另一方面，正如通常所期望的，这些高阶修正确实可显著地降低QCD企鹅振幅对重整化标度的依赖性。结合前期已经完成的对树图振幅的两圈QCD修正，这使得我们可以在重夸克展开的零头幂次近似下，首次对B介子两体非轻衰变过程的直接CP破坏进行次次领头阶下的预言。相关研究发表在JHEP 04 (2020) 055。
5)首次指出由于中性K介子的混合效应，该过程的角分布中应存在非零的CP破缺，并建议在Kπ不变质量谱的两个特定区间来测量这一效应
相对于电子和μ子，τ轻子相对较重，既能衰变到轻子末态，又能衰变到强子末态，因而有众多的衰变道可供测量。在标准模型框架内，τ轻子弱衰变的动力学机制十分清楚，只有末态强子参与强相互作用。这使得τ轻子半轻衰变过程成为研究强相互作用的各种低能行为和探索标准模型之外的相互作用形式的理想平台。由于在τ轻子物理方面的研究优势，Belle-II和超级τ-粲工厂等高亮度味物理实验的运行将进一步推动相关理论研究的快速进展。在τ轻子的半轻衰变过程中寻找新的CP破缺形式也一直是τ轻子物理领域的一个研究热点。我们细致地研究了τ→KSπν过程的角分布中的CP不对称性。通常，我们认为在标准模型框架内该衰变过程的角分布中是不存在CP不对称性的，而非零的CP不对称性只能来源于标准模型之外的新物理贡献。然而，我们首次指出，当把中性K介子混合效应考虑进来之后，即使在标准模型框架内，τ→KSπν衰变过程的角分布中也存在非零的CP不对称，并建议Belle-II在Kπ不变质量谱的两个特定区间来测量这一效应。虽然我们的理论预言低于当前Belle实验的探测灵敏度，但却预期Belle-II实验可以观测到这一效应。相关研究发表在JHEP 05 (2020) 151。
2021年度课题组共发表论文10余篇，参加国际会议10人次；培养博士研究生3名。
高水平论文列表如下：
1) Freeze-in Dirac neutrinogenesis: thermal leptonic CP asymmetry.
By Shao-Ping Li, Xin-Qiang Li, Xin-Shuai Yan, Ya-Dong Yang.
10.1140/epjc/s10052-020-08696-z.
Eur.Phys.J. C80 (2020) no.12, 1122.
2) CP asymmetry in the angular distribution of $\tau\to K_S\pi\nu_\tau$ decays.
By Feng-Zhi Chen, Xin-Qiang Li, Ya-Dong Yang.
10.1007/JHEP05(2020)151.
JHEP 2005 (2020) 151.
3) Two-loop non-leptonic penguin amplitude in QCD factorization.
By Guido Bell, Martin Beneke, Tobias Huber, Xin-Qiang Li.
10.1007/JHEP04(2020)055.
JHEP 2004 (2020) 055.
4) Probing new physics signals with symmetry-restored Yukawa textures.
By Shao-Ping Li, Xin-Qiang Li.
10.1140/epjc/s10052-020-7839-4.
Eur.Phys.J. C80 (2020) no.3, 268.
5) Revisiting the B-physics anomalies in R-parity violating MSSM.
By Quan-Yi Hu, Ya-Dong Yang, Min-Di Zheng.
10.1140/epjc/s10052-020-7940-8.
Eur.Phys.J. C80 (2020) no.5, 365.
6) Fermion pair production at $e^-e^+$ linear collider experiments in GUT inspired gauge-Higgs unification.
By Shuichiro Funatsu, Hisaki Hatanaka, Yutaka Hosotani, Yuta Orikasa, Naoki Yamatsu.
10.1103/PhysRevD.102.015029.
Phys.Rev. D102 (2020) no.1, 015029.
7) Effective potential and universality in GUT-inspired gauge-Higgs unification.
By Shuichiro Funatsu, Hisaki Hatanaka, Yutaka Hosotani, Yuta Orikasa, Naoki Yamatsu.
10.1103/PhysRevD.102.015005.
Phys.Rev. D102 (2020) no.1, 015005.
8) CKM matrix and FCNC suppression in $SO(5)\times U(1) \times SU(3)$ gauge-Higgs unification.
By Shuichiro Funatsu, Hisaki Hatanaka, Yutaka Hosotani, Yuta Orikasa, Naoki Yamatsu.
10.1103/PhysRevD.101.055016.
Phys.Rev. D101 (2020) no.5, 055016.
9) Leptogenesis in fast expanding Universe.
By Shao-Long Chen, Amit Dutta Banik, Ze-Kun Liu.
10.1088/1475-7516/2020/03/009.
JCAP 2003 (2020) 009.
10) Singlet-doublet fermionic dark matter and gravitational waves in a two-Higgs-doublet extension of the Standard Model.
By Basabendu Barman, Amit Dutta Banik, Avik Paul.
10.1103/PhysRevD.101.055028.
Phys.Rev. D101 (2020) no.5, 055028.
