[論文レビュー] Lifetimes of doubly heavy baryons

А. К. Лиходед, A. I. Onishchenko|ArXiv.org|Dec 20, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、逆重味クォーク質量のオペレータ積分展開（OPE）と非相対論的QCD（NRQCD）近似を組み合わせることで、二重重クォークバリオン（Ξ_{QQ′}, Ω_{QQ′}）の全寿命を調査している。主な結果として、重クォーク質量およびフレーバー構造に強く依存するが、0.2–0.6ピコ秒の範囲での寿命予測が得られた。

ABSTRACT

We perform a detailed investigation of total lifetimes for the doubly heavy baryons $Ξ_{QQ'}$, $Ω_{QQ'}$ in the framework of operator product expansion over the inverse heavy quark mass, whereas, to estimate matrix elements of operators obtained in OPE, approximations of nonrelativistic QCD are used.

研究の動機と目的

• 二重重クォークを含むバリオンの全崩壊寿命を予測すること、特に実験的に観測されていないΞ_{QQ′}およびΩ_{QQ′}を対象とする。
• 標準的な因子化やクォーク-ダイクォークモデルが不十分である二重重クォークを含むバリオンの寿命推定という理論的課題に取り組む。
• 重クォーク質量の逆数のべき級数としてのオペレータ積分展開（OPE）を用い、崩壊幅を体系的に計算する。
• 非摂動的行列要素を非相対論的QCD（NRQCD）近似を用いて推定する。
• 将来のハドロン衝突型実験での測定と照合可能な現象論的枠組みを提供する。

提案手法

• 重クォーク質量m_Qの逆数のべき級数としてのオペレータ積分展開（OPE）を用い、二重重クォークバリオンの崩壊振幅を展開する。
• 重クォーク効果理論（HQET）の枠組みを用いて展開を整理し、一次および次次項の寄与に注目する。
• Fierz恒等式およびスピン対称性を含む非相対論的QCD（NRQCD）技術を用いて、四クォークおよび五クォークの局所演算子の行列要素を近似する。
• 因子化仮定を適用し、高次元の演算子の行列要素を二体行列要素の積に還元する。
• 重クォーク質量展開を用いて大きな対数を再結合させ、摂動的級数の収束性を向上させる。
• SU(3)フレーバー対称性を組み込み、異なるバリオン種（Ξ_{QQ′}対Ω_{QQ′}）間の行列要素を関連付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 OPEフレームワーク内での二重重クォークバリオン（Ξ_{QQ′}やΩ_{QQ′}）の全寿命は、どのように予測されるか？
• RQ2 二つの重クォークの質量（例：charm-charm対bottom-bottom）に依存して、寿命はどのように変化するか？
• RQ3 NRQCDで推定された非摂動的行列要素は、寿命予測においてどの程度支配的であるか？
• RQ4 フレーバーおよびスピン対称性は、Ξ_{QQ′}とΩ_{QQ′}バリオン間の寿命差にどのように影響を与えるか？
• RQ5 1/m_Q展開を用いたOPEアプローチは、ナチュラルなクォーク-ダイクォークモデルを超えて、信頼性があり体系的な寿命推定を可能にするか？

主な発見

• 二重重クォークバリオンの全寿命は、具体的なクォークフレーバーおよび質量の組み合わせに応じて0.2～0.6ピコ秒の範囲に予測される。
• 寿命は重クォーク質量に強く依存しており、質量が大きい（例：bottom）ほど相空間が広がり、崩壊率が上昇するため、寿命が短くなる。
• NRQCDで推定された非摂動的行列要素は、崩壊幅に顕著な寄与を示し、OPE展開において無視できない。
• スピンおよびフレーバー構造の違いにより、Ξ_{QQ′}バリオンはΩ_{QQ′}バリオンよりも長い寿命であると予測される。
• 1/m_Q展開を用いたOPEフレームワークは、一次項寄与において収束を示し、一貫性があり体系的な手法である。
• 結果から、LHCなどのハドロン衝突型加速器でこれらの状態の実験的観測が可能であり、バーテックス再構成による寿命測定も可能であると示唆される。