2022年CPC第12期封面文章关注B介子两体无粲强子衰变过程的最新理论计算。论文综述介绍了微扰QCD因子化方法理论框架和研究进展，在高精度水平下系统研究了78个B介子衰变道，给出了它们的衰变分支比和电荷共轭-宇称变换不对称性等物理观测量。研究结果将为超级B工厂实验和高亮度LHCb实验提供了理论支持，通过对粒子物理学标准模型的精确检验来探索新的CP破坏机制，并借此理解可视宇宙中正反物质不对称性的基本问题。
重味物理的研究意义
图1：宇宙演化和物质形成示意图
表1：宇宙演化时间表
1967年前苏联物理学家萨哈罗夫(Andrei Sakharov)提出三个基本条件来解释正物质的生成(baryogenesis)，其中第二条就是电荷共轭（C）和电荷共轭-宇称变换（CP）不守恒，简单来说就是反粒子经历的物理过程和正粒子不一样。所以对CP破坏的研究就是人们认识物质形成和演化的关键一步。
粒子物理学标准模型认为组成物质的最小单位是轻子和夸克，它们之间通过规范玻色子来传递相互作用。一个b夸克和另一个轻的反夸克通过强相互作用组成B介子。由于b夸克较重，它就会向轻夸克衰变，衰变强度中不同贡献之间的干涉就可能产生CP破坏。B介子（重味强子）衰变过程中存在很多CP破坏的过程，但是现有的CP破坏大小与宇宙中正反物质不对称性的要求差别很大，因此寻找新的CP破坏机制迫在眉睫。
图2：粒子物理学标准模型中的基本粒子（左）和相互作用形式（右）。
2012年希格斯粒子在欧洲核子中心被发现后，粒子物理学的核心任务就转变成了标准模型的精确检验和新物理存在证据的寻找，重味物理的精确实验测量和理论计算为此提供了重要场所，其中精确研究B介子的强子衰变在这两个核心任务的实现过程中都扮演着重要角色。
B物理高精度研究进展
B介子工厂和大型强子对撞机（LHC）的运行为重味物理的研究提供了大量实验数据，并先后在B介子、Bs介子和粲介子衰变过程中发现了CP破坏，同时也发现了一些标准模型预言之外的信号，比如挑战轻子味道普适性的RK(*)和RD(*)反常等等。超级B工场实验将产生50倍于B工厂累积的数据， LHC实验升级后的积分亮度将比目前的指标大两个量级，它们都将为B介子物理研究提供更加精确的实验测量。标准模型基本参数的确定和新物理存在证据的发现也将迎来前所未有的机遇。为了实现这个重大物理目标，毫无疑问，人们至少需要在相同精度水平上完成理论计算。理论上来讲，CP破坏是一种量子效应。在一个衰变过程中如果同时存在两种不同类型的振幅贡献，它们又同时具有不同的强相位和不同的弱相位，由于弱相位在CP变换下变号、强相位不变号，它们之间的干涉才可能发生CP破坏。
图3：B介子无粲强子衰变过程中CP破坏产生的振幅描述，其中 为强相位， 为弱相位。
B介子有超过100个衰变道，其中绝大部分是强子衰变，具有非常丰富的物理内容。特别是无粲衰变道有如图3所示的树图（T）和企鹅图（P）两种弱、强相位不同的贡献，因而大多能够发生CP破坏。
由于非微扰强子化贡献的存在，两体无粲强子衰变过程的理论计算非常复杂。主流计算方法主要基于因子化理论，把跃迁矩阵元分离为微扰可计算的硬散射振幅和普适的强子化参数。包括光锥求和规则、QCD因子化，软共线有效理论和微扰QCD因子化方法都做了很多优秀的工作，而且也都已经步入高精度计算的发展阶段。
B物理研究的PQCD方法
图4：PQCD方法下B介子两体无粲强子衰变领头阶不变振幅对应的费曼图。
图4所示是强相互作用领头阶的费曼图，其中第一行发射振幅和第二行湮灭振幅之间有不同的强相位，每个图中来自于不同有效算符的贡献之间有不同的弱相位，它们之间的干涉就给出B介子衰变过程中的直接CP破坏。
采用统一的非微扰参数后，我们在最高精度水平上更新了PQCD方法对B介子两体无粲强子衰变过程的计算。计算结果不仅能很好的解释绝大部分过程的衰变分支比，与实验测量的CP破坏也符合的更好，这是其他的理论方法目前很难达到的。比如解决了长时间开放的B→ππ、Kπ衰变中直接CP破坏的符号疑难问题等。
后记
如果人类哪一天发现了新的文明，在前去访问之前，我们首先需要清楚它们的存在形式是物质还是反物质。如果它们是反物质，当我们和它们接触时就会一起湮灭。但是正反粒子的定义和正负电荷以及左右手的定义一样都具有相对性，我们认为的正粒子在它们那里可能是反粒子。这时就可以通过测量某个物理过程和其电荷共轭过程的直接CP破坏来约定双方对正粒子的定义。比如通过长寿命中性奇异介子 KL的半轻衰变的测量来约定π-、μ+以及它们的反粒子，目前我们的测量结果是
。期刊文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1137/ac88bd
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