[論文レビュー] Exclusive and Semi-inclusive B Decays in QCD Factorization

Hai-Yang Cheng|ArXiv.org|Oct 2, 2001

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、QCD因子化を完全かつ半完全なB崩壊に適用し、$B\to\phi K$、$B\to VV$、$B\to J/\psi K(K^*)$ などの過程の分岐比を計算している。また、半完全崩壊 $B\to MX$ へのフレームワークの拡張も行われている。非因子化補正およびハードスぺクテーター相互作用が正確な予測に不可欠であることが示され、特に $B\to J/\psi X_s$ および $B\to \phi K$ モードにおいて、実験データと良好な一致を示している。

ABSTRACT

Applications of QCD factorization to $B oϕK$, charmless $B o VV$, $B o J/ψK(K^*)$ and semi-inclusive decays $B o MX$ are discussed.

研究の動機と目的

• QCD因子化を用いて、非因子化およびハードスぺクテーター寄与を考慮した、完全かつ半完全な $B$ 崩壊分岐比の計算。
• $B\to\phi K$ および $B\to VV$ 崩壊における理論的予測と実験データの不一致を解消するため、高次ツイストおよび非因子化補正を含める。
• QCD因子化フレームワークを半完全崩壊 $B\to MX$ に拡張し、形式因子の不確実性および赤外発散を回避する。
• 直接CP違反測定に適したモードを特定し、大きな非対称性と測定可能な分岐比を持つ。
• QCD因子化の予測をpQCDおよび実験結果と比較し、スケール依存性およびオペレーター寄与による差異を強調する。

提案手法

• QCD因子化を用いて、完全崩壊 $B\to\phi K$、$B\to VV$、$B\to J/\psi K(K^*)$ の振幅を計算し、$\mathcal{O}(\alpha_s)$ での頂点型およびペンギン型補正を含める。
• 非因子化補正を有効パラメータ $a_i$ を通じて取り入れ、$a_4$ を $\mathcal{O}(\alpha_s)$ 補正を含めることで、再生産スケールおよび $\gamma_5$ スキームに依存しないようにする。
• $(S-P)(S+P)$ ペンギンオペレーターがスピン選択則に従わないため、パワー抑制された消滅項を $X_A$ を通じて扱う。
• スペクテータークォーク寄与および形式因子を除外することで、半完全崩壊 $B\to MX$ への因子化式の一般化を行い、$\int du\, T^I(u)\Phi_M(u) + \int d\xi du\, T^{II}(\xi,u)\Phi_B(\xi)\Phi_M(u)$ を用いる。
• 終状態の運動量が $p_M > 2.1$ GeV 以上であるような運動学的カットを課し、$B\to M$ 形式因子を除外することで、エンドポイント発散を回避し、バックグラウンドを低減する。
• ブレムストラールおよびフラグメンテーション過程を次行列補正として取り入れ、$\alpha_s/\pi \approx 7\%$ で抑制される。信頼性を高めるために、頂点およびハードスぺクテーター相互作用に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非因子化補正およびハードスぺクテーター相互作用が $B\to\phi K$ 崩壊の分岐比に与える影響は何か。また、実験データとの不一致を解消できるか。
• RQ2 なぜpQCDとQCD因子化は $B\to\phi K$ 崩壊で異なる予測を出すのか。ウィルソン係数およびクロモグネチック磁気双極子オペレーターは果たす役割は何か。
• RQ3 形式因子モデル（LCSR 対 BSW）が $B\to VV$ 崩壊率に与える影響はどの程度か。現在のデータからどちらが支持されるか。
• RQ4 QCD因子化フレームワークは半完全崩壊 $B\to MX$ に信頼性を持って拡張可能か。完全崩壊と比較してどのような利点があるか。
• RQ5 どの半完全崩壊 $B\to MX$ モードが、大きな非対称性と測定可能な分岐比を有し、直接CP違反測定に最適か。

主な発見

• 予測された $B^{-}\to\phi K^{-}$ の分岐比は $(4.6^{+3.2}_{-1.5})\times 10^{-6}$、$B^{0}\to\phi K^{0}$ は $(4.2^{+3.0}_{-1.3})\times 10^{-6}$ であり、誤差範囲内で実験データと一致している。
• $B\to VV$ 崩壊率は形式因子比 $A_2/A_1$ に強く依存し、LCSR予測（$\sim9.3\times 10^{-6}$）はBSWモデル（$\sim4.3\times 10^{-6}$）よりも実験データをよく再現している。
• $B\to J/\psi K(K^*)$ では、先行-twist 因子化では分岐比が5倍小さくなるため、非因子化補正が必要であることが示された。
• 半完全崩壊 $B\to J/\psi X_s$ の予測分岐比は $9.6\times 10^{-3}$ であり、CLEO（$(8.0\pm 0.8)\times 10^{-3}$）およびBaBar（$(7.89\pm 0.10\pm 0.40)\times 10^{-3}$）の実験データと非常に良好に一致している。
• $\overline{B}^{0}_{s}\to\rho^{0}X_{s\bar{s}}$、$B^{-}\to K^{*-}X_s$、$\overline{B}^{0}\to K^{*-}X$ などのモードは、CP率非対称性が $10\sim40\%$、分岐比が $10^{-6}\sim10^{-4}$ の範囲にあり、直接CP違反探索に最適である。
• $1\times 10^7$ 個の $B\overline{B}$ 対で $K^{*-}$ チャネルの非対称性が測定可能となり、$7\times 10^7$ 件のイベントで他のモードの非対称性測定も可能になる。