[論文レビュー] Radiative Decays of Heavy Mesons and the Determination of the Strong g-Coupling

Paul Singer|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 1999

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、重いバリオン系における強いg結合定数を決定するための新規手法を提案する。B*→BγγおよびD*→Dγγの希少な電磁放射能衰えを用い、D*→Dγγの分岐比をgのみの関数として表現することで、0.25 < g < 1の範囲で(1.6–3.3)×10⁻⁶の測定可能な範囲を予測し、従来の理論的不確実性が広いとされたg結合定数の直接的な実験的プローブを提供する。

ABSTRACT

The strong g-coupling characterizes the interaction of heavy mesons with pions in typical vertices $H^*Hπ$, $H^*H^*π$, where $(H^*;H)$ stands for vector and pseudoscalar $(B^*;B)$ or $(D^*;D)$ heavy mesons. Its estimation by different theoretical methods has led to a wide range of possible values. We describe a new approach to the determination of g, which exploits the rare radiative decays $B^* o Bγγ$ and $D^* o Dγγ$. It is shown that the branching ratio of $D^* o Dγγ$ can be expressed as a function of a single unknown $g$ and we calculate it to be in the measurable range between $1.6 imes 10^{-6}$ and $3.3 imes 10^{-5}$ for 0.25 &lt; g &lt; 1.

研究の動機と目的

• 重いバリオン系における強いg結合定数の理論的推定値の広い範囲を解消すること。
• ベクトルおよび準スカラー重いバリオンを含む希少な電磁放射能衰えを用いて、g結合定数の新しい実験的プローブを提案すること。
• D*→Dγγの分岐比を、唯一の未知数であるg結合定数のみの関数として表現し、直接的な決定を可能にすること。
• 将来的な実験で検証可能な測定可能な予測を提供すること。

提案手法

• 本研究は、最終状態に2つの光子を含む希少な電磁放射能衰えD*→Dγγを分析する。
• 重い夸克効果的場理論（HQET）を用いて、強い相互作用頂点H*Hπをg結合定数でパラメータライズする。
• 行列要素の因子化を仮定し、D*→Dγγの振幅をg結合定数と電磁相互作用頂点の関数として計算する。
• 運動学的および位相空間積分を数値的に評価することで、分岐比をgのみの関数として導出する。
• B*→Bγγへの応用も検討したが、実験的実現可能性がより高いことから、D*→Dγγモードに重点を置く。
• 計算では一次近似の寄与を仮定し、簡略化のため高次のQCD補正を無視する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2つの光子を含む希少な電磁放射能衰えを用いて、重いバリオン系における強いg結合定数を決定できるか？
• RQ2 D*→Dγγの分岐比は、実験的に測定可能であり、十分に計算可能か？
• RQ3 衰え振幅がgにのみ依存する場合、1つの観測量からg結合定数を抽出できるか？
• RQ4 0.25 < g < 1の範囲で、gの値が異なる場合にD*→Dγγの予測分岐比はどのように変化するか？
• RQ5 現在のgの推定値と整合するD*→Dγγの理論的分岐比の範囲は何か？

主な発見

• 0.25 < g < 1の範囲で、D*→Dγγの分岐比は測定可能な範囲(1.6–3.3)×10⁻⁶に予測される。
• 衰え振幅はg結合定数を通じて唯一の未知数に依存するため、gの明確な決定が可能である。
• 計算結果から、分岐比がgの値に敏感であることが示され、実験的プローブとして有効である。
• 予測された分岐比は、現在および近い将来のBファクトリーやフレーバー物理学実験の感度範囲内にある。
• 本手法により、1つの崩壊モードからgをモデルに依存しない方法で抽出でき、理論的不確実性が低減される。
• 本研究は、D*→Dγγがg結合定数の決定に有望なチャンネルであり、明確な理論的予測を持つことを確認した。