[論文レビュー] Branching Ratios and Polarization in B-> VV,VA,AA Decays

Hai-Yang Cheng, Kwei-Chou Yang|arXiv (Cornell University)|May 4, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 66

ひとこと要約

本稿は、次世代の非可分解補正を含むQCD因子化を用いて、charmless B → VV、VA、および AA 衰えを検討し、ヘリシティ依存の有効ウィルスン係数がプルーファー支配モードにおける横極化を顕著に増幅することを示している。主な結果として、プルーファー消滅項とNLO効果が、B → K*φおよびB → K*ρ 衰えで観測された大きな横極化を説明でき、新物理を導入することなく長年の極化パズルを解消できることが示された。

ABSTRACT

We present a detailed study of charmless two-body B decays into final states involving two vector mesons (VV) or two axial-vector mesons (AA) or one vector and one axial-vector meson (VA), within the framework of QCD factorization, where $A$ is either a $^3P_1$ or $^1P_1$ axial-vector meson. The main results are as follows. (i) In the presence of NLO nonfactorizable corrections, effective Wilson coefficients $a_i^h$ are helicity dependent. For some penguin-dominated modes, the constructive (destructive) interference in the negative-helicity (longitudinal-helicity) amplitude of the $B o VV$ decay will render the former comparable to the latter and push up the transverse polarization. (ii) In QCD factorization, the transverse polarization fraction can be large for penguin-dominated charmless $VV$ modes by allowing for sizable penguin annihilation contributions. (iii) Using the measured $\bar K^{*0} ho^-$ channel as an input, we predict the branching ratios and polarization fractions for other $\ov B o \bar K^* ho$ decays. (iv) The smallness of the axial-vector decay constant of the $^1P_1$ axial vector meson can be tested by measuring various $b_1 ho$ modes to see if $\Gamma(\bar B^0 o b_1^- ho^+)\ll \Gamma(\bar B^0 o b_1^+ ho^-)$ and $\Gamma(B^- o b_1^- ho^0)\ll \Gamma(B^- o b_1^0 ho^-)$. (v) For the penguin-dominated modes $a_1K^*$ and $b_1K^*$, it is found that the former are dominated by transverse polarization amplitudes, whereas the latter are governed by longitudinal polarization states.

研究の動機と目的

• B → VV 衰え（例：B → K*φ、B → K*ρ）における大きな横極化の長年のパズルを解消すること。これは、単純なQCD因子化の予測と矛盾する。
• 3P1および1P1軸対称状態の性質（G対称性、非可分解効果を含む）を考慮して、QCD因子化をB → VAおよびAA 衰えに拡張すること。
• 先行研究が主張するB → AV 衰えが強く抑制されているという主張を検証し、NLO補正を用いて率と極化分率を比較すること。
• 測定済みのK*ρ 衰え率を入力として用い、B → VV、VA、およびAA モードにおける分岐比と極化分率の定量的予測を提供すること。
• 特に横極化または縦極化支配のモードにおいて、弱い消滅とハードスパーサー散乱の役割を検討すること。

提案手法

• 有効ウィルスン係数ah_iに完全なNLO補正（頂点補正、プルーファー寄与、ハードスパーサー散乱を含む）を適用したQCD因子化を用いる。
• ベクトルおよび軸対称状態の光線方向射影演算子を正しく用いてヘリシティ依存振幅を計算し、極化分率計算における過去の不一致を回避する。
• penguin annihilationおよびハードスパーサー散乱による非可分解寄与を組み込み、Xh_Aパラメータライゼーションを用いて端点発散を明示的に評価する。
• 1P1および3P1軸対称状態の横および縦射影子を導出し、クォーク反クォーク交換に対する軽量分布関数の非対称性（1P1）および対称性（3P1）を考慮する。
• B⁰ → K*⁰ρ⁻ の測定済み分岐比を入力として、消滅およびスパーサー寄与を制約し、他のK*ρ モードの予測を可能にする。
• ヘリシティ振幅を用いて極化分率（f_L、f_T）を計算し、f_T = f_∥ + f_⊥ と定義し、BaBarおよびBelleの実験データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QCD因子化におけるNLO非可分解補正は、B → K*φおよびB → K*ρ 衰えで観測された大きな横極化を説明できるか？
• RQ2 プルーファー支配のB → VV 衰えにおける横極化の増幅に、penguin annihilationおよびヘリシティ依存有効ウィルスン係数が果たす役割は何か？
• RQ3 先行研究が主張するように、B → AVおよびB → AA 衰えは顕著に抑制されているのか、それとも非可分解寄与により顕著な分岐比を示すのか？
• RQ4 1P1軸対称状態（例：b₁、K₁(1270)）の衰え定数およびG対称性特性が、B → AVおよびB → AA 衰えの率と極化に与える影響は何か？
• RQ5 どのB → AA モードがBファクトリー実験で観測可能であり、それらが軸対称状態の衰え定数および混合角を調べるのに用いられるのか？

主な発見

• プルーファー支配のB → VV 衰えにおいて、NLO非可分解補正により負のヘリシティ振幅が縦極化振幅と同等の大きさとなり、横極化分率f_Tが約1/2に増加し、BaBarおよびBelleのデータと整合的である。
• B → VV モードにおける大きな横極化を達成するには、penguin annihilation寄与が不可欠である。これがないと、率とf_Tは2〜3倍低く見積もられる。
• B⁰ → K*⁰ρ⁻ を入力として用いることで、他のB → K*ρ モードの分岐比が実験測定値と良好に一致する予測が得られ、理論的枠組みの妥当性が裏付けられた。
• 1P1状態の小さな軸対称衰え定数（例：b₁）は、階層Γ(B⁰ → b₁⁻ρ⁺) ≪ Γ(B⁰ → b₁⁺ρ⁻) および Γ(B⁻ → b₁⁻ρ⁰) ≪ Γ(B⁻ → b₁⁰ρ⁻) を通じてテスト可能である。f_A(1P1)が小さい場合、これらは抑制される。
• プルーファー支配のB → a₁K*およびB → b₁K* 衰えにおいて、a₁K* モードは横極化支配（f_T ~ 0.5）であり、b₁K* モードは縦極化支配（f_L ~ 0.5）である。
• K₁(1270)K*およびK₁(1400)K* は非常に小さな分岐比（約10⁻⁸）を示すが、K₁(1270)K*⁻およびK₁(1400)K*⁺ は弱い消滅寄与のみの唯一のAVモードであり、消滅ダイナミクスの感受性が高い。