[論文レビュー] Radiative Transitions in Heavy Mesons in a Relativistic Quark Model

J. L. Goity, Winston Roberts|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2000

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 25

ひとこと要約

この論文は、軽クォークおよび重クォークの電磁流を組み込んだ相対論的チャーミカルクォーク模型を用いて、重いメソンにおける放射遷移を調査している。軽クォークの異常磁気モーメント（κ⁰ ≈ 0.5）が実験的分岐比を再現するために不可欠であり、特にD*→Dγ過程において顕著な相対論的補正が働き、Bメソンの幅は感度が低いが、副次的1/mQ項の影響により依然として無視できない。

ABSTRACT

The radiative decays of $D^*$, $B^*$, and other excited heavy mesons are analyzed in a relativistic quark model for the light degrees of freedom and in the limit of heavy quark spin-flavor symmetry. The analysis of strong decays carried out in the corresponding chiral quark model is used to calculate the strong decays and determine the branching ratios of the radiative $D^*$ decays. Consistency with the observed branching ratios requires the inclusion of the heavy quark component of the electromagnetic current and the introduction of an anomalous magnetic moment for the light quark. It is observed that not only $D$, but also $B$ meson transitions within a heavy quark spin multiplet are affected by the presence of the heavy quark current.

研究の動機と目的

• 相空間的制限により抑制される放射遷移、特にD*→Dγのような遷移を理解すること。
• 特にDメソンセクターにおいて、相対論的効果および副次的1/mQ補正が放射性崩壊に与える影響を調査すること。
• 強い崩壊が相空間的制限を受けるため、励起されたDsおよびBsメソンの放射性崩壊幅および分岐比を予測すること。
• 軽クォークの異常磁気モーメントが放射遷移振幅に与える影響を特定すること。
• 強い崩壊が抑制される軌道的励起重いメソンにおいて、電磁的崩壊が主要崩壊モードとして成立するかを評価すること。

提案手法

• 強い崩壊に既に用いられた同一のポテンシャルおよび構成クォーク質量を用いる相対論的チャーミカルクォーク模型を採用する。
• 軽クォーク（Jμq）および重クォーク（JμQ）の電磁流を別々に取り入れ、軽クォークに異常磁気モーメントを含める。
• クォーク-光子結合をモデル化するため、電流 Jμ = eq̄q(γμ + (1/Λ)σμν∂↔ν)q + eQ̄Qγμ を用い、Λ = 2m̃q/κq とする。
• 副次的1/mQ補正を分析するために、重クォーク効果理論（HQET）を適用し、特にD*→Dγ遷移に注目する。
• 親メソンの静止系において遷移行列要素を用いて放射性崩壊幅を計算し、速度依存項を含む。
• 自己無撞着に相対論的束縛状態問題を解き、結果が軽クォークの異常磁気モーメント（κq）の値に敏感であることを確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 D*メソンの放射性崩壊において、相対論的効果および副次的1/mQ補正が果たす役割は何か？
• RQ2 軽クォークの異常磁気モーメント（κq）は、D*およびDs*メソンの放射性分岐比にどのように影響を与えるか？
• RQ3 なぜ強い崩壊が相空間的制限を受ける特定の励起重いメソン（例：Ds*, Bs*）において、放射性崩壊が支配的になるのか？
• RQ4 電磁的崩壊が、軌道的励起されたDsおよびBsメソンの全幅にどの程度寄与するか？
• RQ5 予測された放射性幅が、実験的上限および文献に掲載された理論的モデルとどの程度一致するか？

主な発見

• 観測されたD*→Dγ分岐比38.1%を再現するためには、軽クォークの異常磁気モーメントがκq ≈ 0.5に必要であり、κq = 0.55のときD*0では38.1%の分岐比が得られる。
• κq = 0.55のとき、D*0の放射性幅は75 keVと予測され、実験的上限2 MeVと整合的である。
• B*0の放射性幅はκq = 0のとき40 eV、κq = 0.55のとき244 eVと予測され、B*+の幅は約2–3倍大きい。
• Ds*では、放射性幅はκq = 0のとき107 eV、κq = 0.45のとき175 keV、κq = 0.55のとき341 keVと予測され、BR(Ds*→Dsγ) ≈ 94%と推定される。
• BR(Ds*→Dsπ⁰) × BR(D*+→D+γ) は約2×10⁻³と予測され、[19]の8×10⁻⁵の見積もりより顕著に大きく、実験値6.4×10⁻⁴と整合的である。
• 準縮退多重項の内部放射性幅は無視できるが、強い崩壊が相空間的制限を受けるため、DsおよびBsメソンの(0⁺,1⁺)二重項は数十keVの幅を持つと予測される。