[論文レビュー] Light hadron production in $B_{c} o B_{s}^{(*)}+X$ decays

А. К. Лиходед, A. V. Luchinsky|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、因子化定理を用いて $B_c \to B_s^{(*)} + n\pi$ 分解を研究しており、$B_c \to B_s^{(*)}W$ 頂点が $\tau$ レプトン崩壊および $e^+e^-$ 破壊からのスペクトル関数と畳みこまれている。複数の形式因子セットを用いて分岐比と不変質量分布を提示し、測定された $B_c$ の寿命と整合するモデル（例：SR および PM）と、顕著に低い分岐比を予測する他のモデル（例：LF）の違いを示している。

ABSTRACT

The article is devoted to Bc->Bs+n pi, Bc->Bs*+n pi decays with n=1, 2, 3, 4. In the framework of factorization theorem the branching fractions of these processes can be written as convolution of hard part, describing Bc->Bs W, Bc->Bs* W vertices, and spectral functions, that correspond to transition of virtual $W$-boson into a final pi-meson system. These functions were obtained from the fit of experimental data on $τ$-lepton decay and electron-positron annihilation. Using different sets of Bc->Bs decay form-factors we present branching fractions and distributions over the invariant mass of the final pi-meson system.

研究の動機と目的

• 理論的因子化を用いて $n=1$ から $4$ の $B_c \to B_s^{(*)} + n\pi$ 分解の排他的分岐比を計算すること。
• 実験的に測定された $B_c$ メソンの寿命と整合するさまざまな $B_c \to B_s^{(*)}$ 形式因子モデルの妥当性を検証すること。
• 将来の LHC 測定を支援するために、パイオン系の不変質量分布の予測を提供すること。
• 予測された全幅と観測された $B_c$ の寿命を比較することで、異なる理論的形式因子セット（SR, PM, LF）の妥当性を評価すること。
• ハドロン衝突型加速器における $B_c$ 分解を $B_s^{(*)}$ を最終状態のプローブとして用いるフレームワークを確立すること。

提案手法

• 分解振幅を、ハード $B_c \to B_s^{(*)}W$ 頂点と $W \to n\pi$ 遷移のスペクトル関数の畳み込みとして表す因子化定理を適用する。
• $\tau$ レプトン崩壊および $e^+e^-$ 破壊の実験データから抽出されたスペクトル関数を用い、ハドロン最終状態をモデル化する。
• $B_c \to B_s^{(*)}$ 遷移のための、QCD和則、ポテンシャルモデル、およびライトフロントアプローチから得られた理論的形式因子セット（SR, PM, LF）を複数用いる。
• 形式因子依存のハード関数を用いて、位相空間にわたる積分により分岐比と不変質量分布を計算する。
• $B_c \to B_s^{(*)} + X$ 分解の全予測幅を、実験的に測定された $B_c$ の寿命と比較し、形式因子モデルを制約する。
• 双対性に基づく整合性チェックを実施し、$B_c \to B_s^{(*)} + n\pi$ 分解の分岐比の合計が、$B_c$ の寿命に基づく全幅の約 $45\%$ に一致するかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの $B_c \to B_s^{(*)}$ 形式因子セットが、$B_c \to B_s^{(*)} + X$ 分解の全分岐比を測定された $B_c$ メソンの寿命と整合するか？
• RQ2 異なる理論的形式因子モデル（SR, PM, LF）において、$B_c \to B_s^{(*)} + n\pi$ 分解の分岐比はどのように変化するか？
• RQ3 $B_c \to B_s^{(*)} + n\pi$ 分解におけるパイオン系の予測不変質量分布は何か？また、形式因子セット間でどのように異なるか？
• RQ4 $n=1,2$ の場合、なぜ $B_c \to B_s^{(*)} + n\pi$ 分解が $B_c \to J/\psi + n\pi$ 分解よりも優勢であるのか？また、位相空間の抑制は高次の $n$ にどのように影響するか？
• RQ5 $B_c$ の寿命を用いて、$B_c \to B_s^{(*)}$ 形式因子の理論的モデルの間を区別できるか？

主な発見

• SR 形式因子セットでは $B_c \to B_s^{(*)} + n\pi$ 分解の分岐比の合計が $44\%$、PM セットでは $40\%$ であり、$B_c$ の寿命に基づく $\sim 45\%$ の推定値と整合的である。
• LF 形式因子セットでは同じ合計が $23\%$ にとどまり、実験的推定値より顕著に低く、測定された $B_c$ の寿命と整合しないことが示された。
• $n=1$ の場合、SR セットでは分岐比が $18\%$、PM セットでは $12\%$ であり、LF セットではわずか $5.5\%$ にとどまる。これはモデル依存性が顕著であることを示している。
• $B_c \to B_s^{(*)} + \rho$ モードの分岐比は、SR で $7.6\%$、PM で $5.4\%$ であり、ベクトルメソンの寄与が顕著であることが示された。
• $B_c \to B_s^{(*)} + 4\pi$ 分解の分岐比は、SR で $0.0064\%$、PM で $0.0045\%$ であり、強い位相空間抑制が見られる。
• $B_c \to B_s^{(*)} + u\bar{d}$ モードの分岐比は、SR で $19\%$、PM で $13\%$ であり、軽い quark 対が重要な最終状態であることが示された。