[論文レビュー] Exclusive Radiative Decays of B Mesons in QCD Factorization

Stefan W. Bosch|ArXiv.org|Aug 22, 2002

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 228被引用数 14

ひとこと要約

この論文は、標準模型において、$B\to V\gamma$ や $B\to\gamma\gamma$ などの励起的放射性B中間子崩壊に対してQCD因子化フレームワークを構築する。摂動的ハード散乱と非摂動的ライトコーン分布振幅を体系的に分離し、パワー抑制された消失的寄与が計算可能であることを証明するとともに、非摂動的入力からの誤差推定を含めた、Br、CP非対称性、およびイソスピン非対称性の次-leading order（NLO）予測を提供する。

ABSTRACT

We discuss exclusive radiative decays in QCD factorization within the Standard Model. In particular, we consider the decays B -> V gamma, with a vector meson K* or rho in the final state, and the double radiative modes B_s -> gamma gamma and B_d -> gamma gamma. At quark level, all these decays are governed by the flavour-changing neutral-current b -> s gamma or b -> d gamma transitions, which appear at the one-loop level in the Standard Model. Such processes allow us to study CP violation and the interplay of strong and electroweak interactions, to determine parameters of the CKM matrix, and to search for New Physics. The exclusive decays are experimentally better accessible, but pose more problems for the theoretical analysis. The heavy-quark limit m_b >> Lambda_QCD, however, allows to systematically separate perturbatively calculable hard scattering kernels from nonperturbative form factors and universal light-cone distribution amplitudes. For the B -> V gamma decays we evaluate the leading Lambda_QCD/m_b contributions complete to next-to-leading order in QCD, including also QCD penguin operators. The double radiative B -> gamma gamma decays are analyzed with leading-logarithmic accuracy. We predict branching ratios, CP and isospin asymmetries, and estimate U-spin breaking effects for B -> K* gamma and B -> rho gamma. For the B -> gamma gamma decays we give numerical results for branching ratios and CP asymmetries.

研究の動機と目的

• QCD因子化を用いた、モデルに依存しない摂動的フレームワークを、励起的放射性B崩壊に開発すること。
• $B\to V\gamma$ および $B\to\gamma\gamma$ 崩壊における非摂動的行列要素を、パワーの先頭項を超えて計算する理論的課題に取り組むこと。
• ハード頂点およびスペクテーター寄与のQCDにおける次次-leadingオーダー補正を計算すること、QCDプエアレン作用素子を含む。
• 弱い消失的トポロジーがパワー抑制されているにもかかわらず、$B\to V\gamma$ における計算可能性と数値的寄与の重要性を評価すること。
• 先行対数精度を用いて、$B\to\gamma\gamma$ および $D\to\gamma\gamma$ 崩壊におけるCP非対称性と長距離寄与を推定すること。

提案手法

• 重い夸科クォーク極限 $m_b \gg \Lambda_{\text{QCD}}$ におけるQCD因子化を適用し、ハード散乱カーネルと普遍的なライトコーン分布振幅に分離する。
• $\Lambda_{\text{QCD}}/m_b$ におけるパワー数え上げを用いて、主要項と補正項を特定し、体系的な展開を可能にする。
• $B\to V\gamma$ におけるハード頂点およびハードスペクテーター寄与のQCDにおける次次-leadingオーダー補正を評価し、現在-現在およびQCDプエアレン作用素子を含む。
• 弱い消失的トポロジーが、パワーの先頭項において、ソフトおよび衝突的発散を有さないことを証明し、パワー抑制にもかかわらず計算可能であることを示す。
• $B\to\gamma\gamma$ 崩壊のパワーの先頭項における因子化公式を導出し、1粒子的不可分解図からのパワー抑制寄与を計算する。
• Wilson係数および作用素基底変換を用いて、$b\to s\gamma$ および $b\to d\gamma$ 遷移の有効ハミルトニアンに一致する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 弱い消失的寄与がパワー抑制されているにもかかわらず、$B\to V\gamma$ 崩壊においてQCD因子化フレームワーク内で体系的に計算可能であるか。
• RQ2 QCDにおける次次-leadingオーダーで、$B\to V\gamma$ 崩壊におけるハードスペクテーターおよびハード頂点補正の役割は何か。
• RQ3 QCDプエアレン作用素子および現在-現在作用素子は、パワーの先頭項およびそれ以上の項において、$B\to\gamma\gamma$ 崩壊振幅にどのように寄与するか。
• RQ4 $B\to\gamma\gamma$ 崩壊の予測された分岐比およびCP非対称性は何か。非摂動的入力にどの程度敏感か。
• RQ5 $B\to\gamma\gamma$ および $D\to\gamma\gamma$ における長距離寄与は、QCD因子化を用いてどの程度推定可能か。

主な発見

• 弱い消失的寄与は、$B\to V\gamma$ においてパワー抑制されているが、パワーの先頭項においてソフトおよび衝突的発散を有さず、QCD因子化フレームワーク内で計算可能である。
• ハードスペクテーター補正、QCDプエアレン寄与を含む、$B\to V\gamma$ 崩壊におけるQCDの次次-leadingオーダー補正が計算された。
• $B\to\gamma\gamma$ 崩壊におけるパワーの先頭項の主要寄与は、1つの図に起因するが、1粒子的不可分解図からのパワー抑制寄与も計算可能である。
• $B\to K^{*}\gamma$ および $B\to\rho\gamma$ に対する数値的予測には、分岐比、CP非対称性、イソスピン非対称性と推定誤差が含まれる。
• $B\to\gamma\gamma$ に対して、分岐比およびCP非対称性の数値的結果が提供され、主な不確実性はライトコーン分布振幅などの非摂動的入力パラメータに起因する。
• 長距離寄与が $B\to\gamma\gamma$ および $D\to\gamma\gamma$ で計算可能であり、QCD因子化フレームワークを用いて推定可能であることが確認された。