[論文レビュー] Production of radially excited charmonium mesons in two-body nonleptonic Bc decays

I. Bediaga, J. H. Muñoz|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、因子化仮説の下でISGW2クォーク模型を用い、二体非レプトン的 $B_c$ 衰えが励起状態の charm-onium 状態（$\eta_c(2S)$ や $\psi(2S)$）および軽いメソン（P, V, A）に崩壊する分岐比を計算した。分岐比は $10^{-3}$ から $10^{-4}$ の範囲にあり、特に $B_c \to \psi'(2S)\rho^-$ および $B_c \to \psi'(2S)a_1^-$ は、相対的に高い崩壊率を示し、LHCb での観測に最も有望である。

ABSTRACT

We have computed branching ratios of two-body nonleptonic B_c o X_{c\bar{c}}M decays, where X_{c\bar{c}} is the radially excited charmonium η_c(2S) or ψ(2S) meson, and M is a pseudoscalar (P) or a vector (V) or an axial-vector (A(^3P_1)) meson. We have assumed factorization hypothesis and calculated the form factors in the nonrelativistic ISGW2 quark model. We have found that some of these decays have branching ratios of the order of 10^{-3} - 10^{-4}.

研究の動機と目的

• 文献において未だ十分に検討されていない、二体非レプトン的 $B_c$ 衰えが励起状態の charm-onium 状態（$\eta_c(2S)$, $\psi(2S)$）および軽いメソン（P, V, A）に崩壊する過程を体系的かつ系統的に研究すること。
• ISGW2クォーク模型における相対論的補正が、$B_c \to X_{c\bar{c}}(2S)M$ 衰えの形因子および分岐比に与える影響を評価すること。
• 他の理論的枠組みと比較し、排他的 $B_c$ 衰えにおける相対論的効果に敏感な比を同定すること。
• 将来のLHCb実験における実験的検証のためのベンチマーク分岐比を提供すること。

提案手法

• 樹形レベルでの現在-現在型オペレーターを用いた弱い有効ハミルトニアンを採用し、プンジン効果の予想される抑制を考慮せず、無視する。
• 因子化仮説を適用し、$B_c$ 衰え振幅を $B_c \to X_{c\bar{c}}(2S)$ および $X_{c\bar{c}}(2S) \to M$ の遷移振幅に分離する。
• ISGW2クォーク模型を用いて、$B_c \to \eta_c(2S)$ および $B_c \to \psi(2S)$ 遷移の形因子を計算する。この模型は有効クォーク間ポテンシャルを介して相対論的補正を含む。
• ISGW2モデルの相対論的波動関数および行列要素を用いて、非レプトン的および半レプトン的モードの両方の崩壊振幅および分岐比を計算する。
• 他の理論的手法（相対論的クォーク模型：EFG2003, CF2000, LT1997、QCD合計則：WL2008, kiselev2003、非相対論的ISGWモデル）と結果を比較する。
• 半レプトン的 $B_c \to \psi'(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$ 衰えにおける横方向および縦方向の崩壊率を分析し、極化効果を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 二体非レプトン的 $B_c$ 衰えが励起状態の charm-onium に崩壊する分岐比（$\eta_c(2S)$, $\psi(2S)$）および軽いメソン（P, V, A）は何か？
• RQ2 ISGW2モデルにおける相対論的補正は、非相対論的または他の相対論的クォーク模型と比較して、予測される分岐比にどのように影響を与えるか？
• RQ3 現在の積算強度および予想される $B_c^+$ 生成率を考慮した場合、どの崩壊モードがLHCbでの実験的観測に最も有望か？
• RQ4 さまざまな理論的枠組みにおいて、$B_c \to \psi'(2S)l\bar{\nu}$ と $B_c \to \eta_c(2S)l\bar{\nu}$ の分岐比の比はどのように比較されるか？
• RQ5 $B_c \to \psi'(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$ 衰えにおける $\tau$ レプトンの極化構造（縦方向対横方向）は何か？

主な発見

• $B_c^{-} \to \psi'(2S)\rho^{-}$ の分岐比は $2.1 \times 10^{-3}$ と予測され、研究されたモードの中で最も高い値の一つである。
• $B_c^{-} \to \psi'(2S)a_1^{-}$ の分岐比は、すべての $B_c \to \psi'(2S)M$ 衰えの中で最大で、$2.1 \times 10^{-3}$ である。
• $B_c^{-} \to \eta_c(2S)\pi^{-}$ の分岐比は $1.2 \times 10^{-4}$ であり、$\rho^-$ および $a_1^-$ モードとも同程度の値を示す。
• $B_c^{-} \to \psi'(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$ と $B_c^{-} \to \eta_c(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$ の分岐比の比は11.5と予測され、kiselev2003で報告された5よりも顕著に高い。
• $B_c^{-} \to \psi'(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$ における縦方向および横方向の崩壊率は、それぞれ $8.2 \times 10^{-5}$ および $6.6 \times 10^{-5}$ であり、$\Gamma_T / \Gamma_L$ の比は0.8である。
• ISGW2モデルは他の相対論的クォーク模型と比較して顕著に高い分岐比を予測しており、$B_c$ 衰えにおける非無視可能な相対論的効果の存在を示唆している。