[論文レビュー] Bc -> J/Psi (Bs, Bs+) + n pi decays

A. Berezhnoy, А. К. Лиходед+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、Bc → J/ψ(Bs, B∗s) + nπの崩壊（n ≤ 3）に対して、要因分解に基づくモデルを提示する。この過程をBc → 重いハドロン + W∗ として扱い、その後に仮想的W∗ → nπが続くものとする。モデルはQCD和則からの形因子と共鳴ダイナミクスを実装しており、得られた崩壊振幅はLHCbのGAUSSソフトウェアパッケージに統合され、実験的LHCbデータ（特にBc → J/ψ + 3π）と一致する高精度なモンテカルロシミュレーションを可能にする。

ABSTRACT

The Bc -> J/psi(Bs,Bs*)+ n pi decay amplitudes are calculated in the frame work of factorization model, which allows to represent this processes as Bc decay into J/psi Bs+W* followed by the virtual W*-boson decay into the final set of pi mesons. The module for the generation of Bc meson decays into J/psi + n pi and Bs(*) + n pi (n <= 3) is implemented into the GAUSS program package of the LHCb Collaboration.

研究の動機と目的

• 最終状態に複数のパイオングループを含むBc → J/ψ(Bs, B∗s) + nπ崩壊の理論的枠組みの構築。
• Bc → 重いハドロン + W∗ およびその後の仮想的W∗ → nπへの崩壊としてのモデル化を、要因分解と共鳴ダイナミクスを活用して行う。
• モデルをLHCbのGAUSSソフトウェアパッケージに実装し、実験的シミュレーションに利用可能にする。
• 特にLHCbの高統計的Bcプログラムを想定し、複数のパイオンを含むBc崩壊の正確なシミュレーションを可能にする。
• LHCbによるBc → J/ψ + 3πの観測（初回）と照合して、モデルを検証する。

提案手法

• 崩壊振幅はBc → J/ψ + W∗ およびW∗ → nπに要因分解され、W∗は仮想的でオンシェルの粒子として扱われる。
• Bc → J/ψ + W∗ の形因子は指数関数的フィットでパラメータ化される：Fi(q²) = Fi(0) exp(−c₁q² − c₂q⁴)，値はQCD和則から得られる。
• W∗ → nπ崩壊は共鳴交換（ρ、a₁メソン）によってモデル化され、τ → ντnπおよびe⁺e⁻ → nπのデータから有効頂点が導かれる。
• n = 1の場合、W∗ → π頂点はεWµ ∝ fπkµ/mπ²で与えられる；n = 2の場合、ρ中間子交換とFρ(q²)形因子が関与する。
• n = 3の場合、崩壊はW∗ → a₁ → ρπ → 3πを経由し、極化ベクトルε3πµはa₁伝播関数と運動量依存性のある頂点から導かれる。
• 全振幅はEvtGenベースのGAUSSフレームワークに実装され、C++クラスを用い、init()、initProbMax()、およびdecay()メソッドをオーバーライドする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Bc → J/ψ + nπ崩壊（n ≤ 3）を、要因分解と共鳴ダイナミクスを用いて理論的にどのようにモデル化できるか？
• RQ2 Bc → J/ψ + W∗ の適切な形因子は何か？ それらは崩壊振幅にどのように影響を与えるか？
• RQ3 既知のスペクトル関数と共鳴交換を用いて、n = 1, 2, 3の場合の仮想的W∗ → nπ崩壊をどのように正確にモデル化できるか？
• RQ4 このモデルはLHCbによるBc → J/ψ + 3π崩壊の観測を再現できるか？
• RQ5 このモデルはLHCbのGAUSSソフトウェアスタックにどのように実装され、モンテカルロシミュレーションに利用可能になるか？

主な発見

• Bc → J/ψ + 3πの分岐比は、LHCbの観測と良好に一致しており、モデルの妥当性が裏付けられる。
• 中間共鳴子（ρ、a₁）の有限幅が組み込まれており、これは正確な位相空間統合に不可欠である。
• Bc → J/ψ + W∗ の形因子は、Fi(0)、c₁、c₂の値をQCD和則から得てパラメータ化されており、A₀(0) = 5.9、c₁ = 0.049、c₂ = 0.0015である。
• Bc → B∗s + nπの場合、形因子パラメータはA₀(0) = 8.1、c₁ = 0.30、c₂ = 0.069であり、J/ψ最終状態と比較してより強い結合を示す。
• GAUSSへの実装により、複数のパイオンを含むBc崩壊の完全なモンテカルロシミュレーションが可能となり、生成されたq²スペクトルが理論的予測と一致する。
• モデルはLHCbによるBc → J/ψ + 3πのデータを成功裏に記述し、実際の実験的条件下への適用可能性が確認された。