[論文レビュー] Scalar mesons and glueball in B-decays and gluon jets

Peter Minkowski, Wolfgang Ochs|ArXiv.org|Apr 15, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、$f_0(980)$ スカラー状態と広がりのある $0^{++}$ グリューオンボール状態が、$\eta'$ メソンと同様に顕著なグルーオン成分を示すと提案している。これは、charmless $B$ 衰えとグルーオンジェットにおける生成率の向上に基づくものである。著者らは、$B$ 衰えとグルーオンジェットにおける観測された $f_0(980)$ および $K\bar{K}$ S波増強がグルーオン結合に起因するフレーバー・シングレット性を示しており、$0^{++}$ グリューオンボールが $B^+ \to K^+ \text{glueball}$ の割合に最大 $132 \times 10^{-6}$ を寄与すると示唆している。このことは、グルーオン状態が $b \to sg$ 衰え率をほぼ完全に占めうることを示唆している。

ABSTRACT

We discuss the recent observation of f_0(980) in charmless B-decays and in gluon jets which hints toward a gluonic coupling of this meson similar to eta'. Further predictions on B-decays into scalar particles are presented. Charmless B decays also show a broad K Kbar (and possibly pi pi) S-wave enhancement which we relate to the 0^{++} glueball. These gluonic mesons represent a sizable fraction of the theoretically derived decay rate for b -> sg.

研究の動機と目的

• 新規実験データ（$B$ 衰えおよびグルーオンジェット）を踏まえ、$f_0(980)$ スカラー状態および $0^{++}$ グリューオンボールの性質を明確化すること。
• $f_0(980)$ および広がりのある $K\bar{K}$ S波増強がグルーオン状態またはグリューオンボール成分と整合するかを検証すること。
• スカラー・グリューオンボールおよびグルーオン結合状態が $b \to sg$ 衰え率に与える寄与を推定し、微小摂動QCD予測と比較すること。
• スカラーおよびペシスカラー状態を含む $B$ 衰えにおけるフレーバー・シングレット混合およびグルーオン結合の役割を評価すること。
• $B$ 衰え率とグルーオンジェットデータを低質量スカラー励起状態およびグリューオンボール成分に結びつける現象論的枠組みを提供すること。

提案手法

• BELLE および BaBar の charmless $B \to Khh$ 衰えに関する実験データを分析し、$f_0(980)$ および $K\bar{K}$ S波増強に注目する。
• 大きなフレーバー混合を含むスカラー非再生系スペクトルの現象論的モデルを用い、グルーオン結合に起因する $f_0(980)$ のフレーバー・シングレットに近い性質を同定する。
• $U(3)$ フレーバー対称性を用いて、$B \to K\eta^\prime$、$B \to K^*\eta^\prime$、$B \to K\bar{K}$ 衰え振幅を関連付け、スカラー最終状態へと拡張する。
• 質量窓内の $K\bar{K}$ および $\pi\pi$ S波率の外挿を用いて、$B^+ \to K^+ \text{glueball}$ における $0^{++}$ グリューオンボールの分岐比を推定する。
• leading 次および next-to-leading 次のQCDにおける包含的 $b \to sg$ 衰え率と、観測されたグルーオン状態の率の合計を比較する。
• クロモ電磁双対性対称性を用いて、$B \to gb(0^{-+})$ の率を $B \to gb(0^{++})$ と同等と仮定し、同様のグルーオン結合を想定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $f_0(980)$ メソンは主に $q\bar{q}$ 状態か、それとも $K\bar{K}$ 分子や 4クォーク成分を有するグルーオン状態か？
• RQ2 $B$ 衰えおよびグルーオンジェットにおける $K\bar{K}$ S波増強は、$0^{++}$ グリューオンボールの存在を示唆しているか？
• RQ3 観測された $B$ 衰え率が理論的 $b \to sg$ 衰え率をどの程度満たしているか？
• RQ4 観測された生成率を踏まえた $f_0(980)$ と $0^{++}$ グリューオンボール間の混合角はいかほどか？
• RQ5 対称的グルーオン結合を仮定した場合、$b \to sg$ 衰え率はスカラーおよびペシスカラー・グリューオンボールの生成によって説明可能か？

主な発見

• $f_0(980)$ メソンは $B \to Khh$ 衰えおよびグルーオンジェットの主系において生成率が向上しており、$\eta^\prime$ と同様にグルーオン成分を示唆している。
• 1.0–1.7 GeV 範囲における広がりのある $K\bar{K}$ S波増強が観測され、これは $0^{++}$ グリューオンボールと解釈され、$B^+ \to K^+ \text{glueball}$ における分岐比は $132 \times 10^{-6}$ であるとされる。
• $B^+ \to gb(0^{++}) + X_s$ の推定総率は $1.2 \times 10^{-3}$ であり、leading 次の $b \to sg$ 衰え率 $(2-5) \times 10^{-3}$ と整合的である。
• $B \to gb(0^{++}) + f_0(980) + \eta^\prime + X_s$ の合計率は $(1.5 \pm 0.5) \times 10^{-3}$ と推定され、NLO の $b \to sg$ 衰え率 $(5 \pm 1) \times 10^{-3}$ と同等である。
• $f_0(980)$ と $0^{++}$ グリューオンボール間の混合角は $\sin^2\varphi_g \lesssim 14/132$ に制限され、$\varphi_g \lesssim 20^\circ$ であると示唆される。
• $B \to gb(0^{-+})$ の率は $B \to gb(0^{++})$ と同等であると推定され、スカラーおよびペシスカラー・グリューオンボールが $b \to sg$ 衰え率を総合的に占めうることを示唆している。