[論文レビュー] Phenomenological studies on the $\bar{B}^0 ightarrow [K^-\pi^+]_{S/V}[\pi^+\pi^-]_{V/S} ightarrow K^-\pi^+\pi^+\pi^-$ decay

Jing-Juan Qi, Zhen-Yang Wang+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 17, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 50被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、$\bar{B}^0 \to K^-\pi^+\pi^+\pi^-$ の4体崩壊を準2体崩壊アプローチを用いて調査し、$\bar{K}^*(892)^0$、$f_0(980)$、$\bar{K}_0^*(1430)^0$ などの共鳴中間状態を、特別なブレイト＝ヴァイナーおよびフラッテ形式でモデル化する。CP非対称性は $A_{\rm CP} \in [-0.383, 0.421]$、分岐比は $B \in [7.36, 199.69] \times 10^{-8}$ と予測され、2体崩壊の理論的結果は実験データと良好に一致しており、スカラー状態の $q\bar{q}$ 構造を支持する。

ABSTRACT

Within the quasi-two-body decay model, we study the localized $CP$ violation and branching fraction of the four-body decay $\bar{B}^0 ightarrow [K^-\pi^+]_{S/V}[\pi^+\pi^-]_{V/S} ightarrow K^-\pi^+\pi^-\pi^+$ when $K^-\pi^+$ and $\pi^-\pi^+$ pair invariant masses are $0.35<m_{K^-\pi^+}<2.04 \, \mathrm{GeV}$ and $0<m_{\pi^-\pi^+}<1.06\, \mathrm{GeV}$, with the pairs being dominated by the $\bar{K}^*_0(700)^0$, $\bar{K}^*(892)^0$, $\bar{K}^*(1410)^0$, $\bar{K}^*_0(1430)$ and $\bar{K}^*(1680)^0$, and $f_0(500)$, $ ho^0(770)$ , $\omega(782)$ and $f_0(980)$ resonances, respectively. When dealing with the dynamical functions of these resonances, $f_0(500)$, $ ho^0(770)$, $f_0(980)$ and $\bar{K}^*_0(1430)$ are modeled with the Bugg model, Gounaris-Sakurai function, Flatt$\acute{\mathrm{e}}$ formalism and LASS lineshape, respectively, while others are described by the relativistic Breit-Wigner function. Adopting the end point divergence parameters $ ho_A\in[0,0.5]$ and $\phi_A\in[0,2\pi]$, our predicted results are $\mathcal{A_{CP}}(\bar{B}^0 ightarrow K^-\pi^+\pi^+\pi^-)\in[-0.383,0.421]$ and $\mathcal{B}(\bar{B}^0 ightarrow K^-\pi^+\pi^+\pi^-)\in[7.36,199.69] imes10^{-8}$ based on the hypothetical $q\bar{q}$ structures for the scalar mesons in the QCD factorization approach. Meanwhile, we calculate the $CP$ violating asymmetries and branching fractions of the two-body decays $\bar{B}^0 ightarrow SV(VS)$ and all the individual four-body decays $\bar{B}^0 ightarrow SV(VS) ightarrow K^-\pi^+\pi^-\pi^+$, respectively. Our theoretical results for the two-body decays $\bar{B}^0 ightarrow \bar{K}^*(892)^0$$f_0(980)$, $\bar{B}^0 ightarrow \bar{K}^*_0(1430)^0$$\omega(782)$, $\bar{B}^0 ightarrow \bar{K}^*(892)^0f_0(980)$, $\bar{B}^0 ightarrow\bar{K}^*_0(1430)^0 ho$,

研究の動機と目的

• 準2体中間共鳴状態を介した、$\bar{B}^0 \to K^-\pi^+\pi^+\pi^-$ の4体崩壊における局所的CP非対称性と分岐比を調査すること。
• 2体崩壊の理論的予測と実験データを比較することで、スカラー状態の $q\bar{q}$ クォーク模型を検証すること。
• 共鳴状態 $\bar{K}^*(892)^0$、$f_0(980)$、$\bar{K}_0^*(1430)^0$、$\rho^0(770)$、$\sigma(500)$ がCP非対称性および分岐比に与える寄与の役割を調査すること。
• LHCb および Belle-II における今後の実験的検証のための高精度な理論的予測を提供すること。

提案手法

• 準2体崩壊モデルを採用し、4体崩壊を中間共鳴状態に分解する：$\bar{B}^0 \to [K^-\pi^+]_{S/V} [\pi^+\pi^-]_{V/S}$。
• 共鳴線形形状は、特別な形式でモデル化される：$\sigma(500)$ にはバッグモデル、$\rho^0(770)$ にはガウンリス＝サクライ形式、$f_0(980)$ にはフラッテ形式、$\bar{K}_0^*(1430)^0$ にはLASS線形形状を用い、他の共鳴状態には相対論的ブレイト＝ヴァイナー関数を適用する。
• QCD因子化アプローチにより、非因子化寄与を考慮するため、端点発散パラメータ $\rho_A \in [0, 0.5]$ と $\phi_A \in [0, 2\pi]$ を組み込む。
• CP非対称性および分岐比の理論的予測は、2体および4体モードを含む複数の崩壊チャネルで計算される。
• 理論モデルは、特に $f_0(500)$、$f_0(980)$、$\bar{K}_0^*(1430)^0$ のスカラー状態に $q\bar{q}$ 構造を仮定し、それらの構成を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スカラー状態の $q\bar{q}$ 仮説のもとで、$\bar{B}^0 \to K^-\pi^+\pi^+\pi^-$ の4体崩壊におけるCP非対称性の予測範囲は何か？
• RQ2 Bugg、フラッテ、LASS などの異なる共鳴線形形状が、予測された分岐比およびCP非対称性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 理論的予測が、$\bar{B}^0 \to \bar{K}^*(892)^0 f_0(980)$ や $\bar{B}^0 \to \bar{K}_0^*(1430)^0 \rho^0$ などの2体崩壊に対して、既存の実験データとどの程度一致するか？
• RQ4 理論と実験の一致が、$f_0(980)$ や $\bar{K}_0^*(1430)^0$ のようなスカラー状態の $q\bar{q}$ クォーク模型を支持するか？
• RQ5 $\bar{K}^*(1410)^0$、$\bar{K}^*(1680)^0$、$\sigma(500)$ を含む個々の4体崩壊チャネルにおける予測された分岐比およびCP非対称性は何か？

主な発見

• $\bar{B}^0 \to K^-\pi^+\pi^+\pi^-$ のCP非対称性の予測範囲は $[-0.383, 0.421]$ であり、新物理や共鳴状態のダイナミクスに大きな感度があることを示唆している。
• 同様の崩壊の分岐比は、端点発散パラメータに依存して $[7.36, 199.69] \times 10^{-8}$ の範囲に予測される。
• $\bar{B}^0 \to \bar{K}^*(892)^0 f_0(980)$ や $\bar{B}^0 \to \bar{K}_0^*(1430)^0 \rho^0$ などの2体崩壊の理論的予測は、利用可能な実験データと整合している。
• $\bar{B}^0 \to \bar{K}_0^*(1430)^0 \omega(782)$ のCP非対称性の予測は $-1.20 \pm 0.08$ であり、大きな直接CP非対称性効果を示している。
• $\bar{B}^0 \to \bar{K}^*(892)^0 f_0(980)$ のCP非対称性は $-0.92 \pm 0.08$ と予測され、実験測定値とよく一致している。
• 複数の崩壊モードにおける理論的予測と実験データの一致は、特に $f_0(980)$ および $\bar{K}_0^*(1430)^0$ のスカラー状態に対して $q\bar{q}$ クォーク模型を支持する。