[論文レビュー] Rescattering effects in charmless B_{u,d,s} to P P decays

Chun-Khiang Chua|arXiv (Cornell University)|Dec 27, 2007

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、素性SU(3)対称性で制約された、短距離および長距離寄与を含む因子化に基づくFSIアプローチを用いて、charmless B→PP崩壊における最終状態相互作用（FSI）を調査している。残余散乱がA(B⁰→K⁻π⁺)とA(B⁻→K⁻π⁰)の degeneracy を破り、色抑制項の交換散乱によって大きな色抑制振幅を生成することにより、Kπ CP違反のパズルをうまく説明している。また、B_s→η'η'の分岐比が増大し、B_s→PPモードにおける時間依存CP不変性が小さいことを予測している。

ABSTRACT

We study the final-state interaction (FSI) effects in charmless B_{u,d,s} to PP decays. We consider a FSI approach with both short- and long-distance contributions, where the former are from in-elastic channels and are contained in factorization amplitudes, while the latter are from the residual rescattering among PP states. Flavor SU(3) symmetry is used to constrain the residual rescattering S-matrix. We fit to all available data on the CP-averaged decay rates and CP asymmetries, and make predictions on unmeasured ones. Our main results are as follows: (i) Results are in agreement with data in the presence of FSI. (ii) For B decays, the pi^+pi^- and pi^0pi^0 rates are suppressed and enhanced respectively by FSI. (iii) The FSI has a large impact on direct CP asymmetries of many modes. (iv) The deviation (Delta A) between A(B{bar}^0 to K^-pi^+) and A(B^-to K^-π^0) can be understood in the FSI approach. (v) Sizable and complex color-suppressed tree amplitudes, which are crucial for the large π^0π^0 rate and Delta A, are generated through exchange rescattering. The correlation of the ratio B(pi^0pi^0)/B(pi^+pi^-) and Delta A is studied. (vi) The B^- to pi^-pi^0 direct CP violation is very small and is not affected by FSI. (vii) Several B_s decay rates are enhanced. In particular, the eta'eta' branching ratio is enhanced to the level of 1.0X10^{-4}, which can be checked experimentally. (viii) Time-dependent CP asymmetries S in B_{d,s} decays are studied. CP asymmetries in these modes will be useful to test the SM.

研究の動機と目的

• 長年のKπ CP違反パズルを解消すること。実験的にA(B⁻→K⁻π⁰)は正であるが、A(B⁰→K⁻π⁺)は大きさが大きく負である。
• 標準的因子化モデルでは説明できない、B⁰→π⁰π⁰の予想外に大きな分岐比を理解すること。
• 特にB_sモードを含む、未測定のB_u,d,s→PP崩壊における分岐比とCP不変性を予測すること。
• 最終状態相互作用が強い位相を生成し、直接的および時間依存CP不変性をどのように変化させるかを調べること。
• 新しい物理の感度が高いB_s→PPモードにおける時間依存CP不変性が小さいことを、標準模型で予測すること。

提案手法

• FSIのマスターフォーミュラを用いる：A^{FSI}_i = Σ_k S^{1/2}_{ik} A^0_k、ここでSはPP状態間の残余散乱のS行列である。
• S行列要素を制限するためにフレーバーSU(3)対称性を適用し、自由パラメータの数を減らす。
• FSI寄与を短距離（因子化振幅内の非弾性チャネル）と長距離（PP状態間の残余散乱）に分離する。
• 実験から得られたすべてのCP平均分岐比および直接CP不変性にモデルをフィットする。
• ユニタリティと時間反転不変性を用いてS行列の構造を導出し、強い相互作用のダイナミクスと整合性を保つ。
• U(3)対称性解析を実施し、散乱パラメータに制約を課し、2つの異なる解（消失型と交換型）を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最終状態相互作用は、B⁰→K⁻π⁺で観測された大きな直接CP不変性と、B⁻→K⁻π⁰で逆符号の不変性を説明できるか。Kπパズルを解消できるか。
• RQ2 標準的因子化予測を上回る、B⁰→π⁰π⁰の大きな分岐比の起源は何か。
• RQ3 最終状態相互作用は、B⁰→K⁻π⁺とB⁻→K⁻π⁰崩壊間の直接CP不変性ΔA(Kπ)にどのように影響するか。
• RQ4 特にB_s→η'η'について、未測定のB_s→PP崩壊の予測分岐比とCP不変性は何か。
• RQ5 このFSIモデルが予測するように、B_s→PPモードにおける時間依存CP不変性は標準模型で小さいのだろうか。

主な発見

• モデルは、すべての測定済みのCP平均分岐比および直接CP不変性をうまく再現し、FSIの重要性を確認している。
• 最終状態相互作用はB⁰→π⁺π⁻の率を抑制し、B⁰→π⁰π⁰の率を増大させ、観測された大きなπ⁰π⁰分岐比を説明している。
• A(B⁻→K⁻π⁰)とA(B⁰→K⁻π⁺)の差異ΔAは、A(B⁻→K⁻π⁰)が残余散乱に敏感であることに起因し、素朴な因子化が予測するdegeneracyを破っている。
• 交換散乱から、大きくて複素数の色抑制項の木振幅が生成され、これはπ⁰π⁰率とΔAを説明するために不可欠である。
• B⁻→π⁻π⁰の直接CP不変性は非常に小さく、FSIの影響をほとんど受けていないと予測され、実験データと整合している。
• B_s→η'η'の分岐比は1.0×10⁻⁴に増大し、これはLHCbおよび将来のBファクトリーでテスト可能な予測である。
• B_s→PPモードにおける時間依存CP不変性は小さい：B_s⁰→ηη, ηη', η'η'では|S| ≤ 0.06、S(B_s⁰→K_Sη') ≤ 1%であり、新物理の明確なプローブとなる。