[論文レビュー] Semileptonic $B- o p\bar{p} \ell-\bar{ u}_\ell$ decays

Chao-Qiang Geng, Y. K. Hsiao|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 53被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、$\bar{B} \to \bar{p}pM$崩壊から導かれたpQCDに基づく形因子を用いて、標準模型において $B^- \to \bar{p}p\ell\bar{\nu}_\ell$ の排他的な4粒子半レプトン崩壊を検討する。$\ell = e, \mu, \tau$ のそれぞれについて、$ (1.04 \pm 0.26) \times 10^{-4} $、$ (1.04 \pm 0.24) \times 10^{-4} $、$ (0.46 \pm 0.11) \times 10^{-4} $ の分岐比を予測しており、従来の包含的推定値よりも顕著に大きく、B-factoryのBelleおよびBaBarで観測可能である可能性がある。

ABSTRACT

We study the four-body exclusive semileptonic baryonic $\bar B$ decays of $B^- o p\bar p \ell^- \bar u_{\ell}$ ($\ell=e,\mu, au$) in the standard model. We find that their decay branching ratios are about $(1.0, 1.0,0.5) imes 10^{-4}$, respectively. In particular, the electron mode is close to the corresponding CLEO's upper limit of $5.2 imes 10^{-3}$, while all results are about one or two orders of magnitude larger than the previous estimated values for the inclusive modes of $\bar B o {\bf B\bar B'}\ell \bar u$. Clearly, both B-factories of Belle and BaBar should be able to observe these exclusive four-body modes.

研究の動機と目的

• 標準模型において $B^- \to \bar{p}p\ell\bar{\nu}_\ell$ の排他的4粒子半レプトン崩壊の分岐比を計算すること。
• $\bar{B} \to \bar{p}p$ 遷移の形因子がこれらの崩壊に与える影響を、$\bar{B} \to \bar{p}pM$ モードのデータを用いて特定すること。
• Belle、BaBar、および将来のB-factoryでこれらの崩壊が観測可能かどうかを評価すること。
• $B^- \to \bar{p}p\ell\bar{\nu}_\ell$ の角度分布が、標準模型を超える新しい物理にどのように敏感であるかを検討すること。

提案手法

• 因子化された振幅 $A \propto \langle \bar{p}p|\bar{u}\gamma^\mu(1-\gamma^5)b|B\rangle \bar{\ell}\gamma_\mu(1-\gamma^5)\nu_\ell$ を用いた $b \to u\ell\bar{\nu}_\ell$ 遷移の有効ハミルトニアンを用いる。
• 5つのローレンツ不変構造を用いて $\bar{B} \to \bar{p}p$ 遷移の形因子をパラメータ化し、$g_i$ および $f_i$ 成分を含む。
• $n=3$ のパワー則的挙動 $f_i = Df_i / t^n$, $g_i = Dg_i / t^n$ を用いたpQCDのカウントルールを適用する。ここで $t = m_{\bar{p}p}^2$ である。
• $\bar{B} \to \bar{p}pM$ 崩壊のデータを用いて、形因子定数 $D_{||}$ および $D_{||}^{(j)}$ をフィットする。
• 運動量変数 $s = m_{\ell\bar{\nu}}^2$, $t = m_{\bar{p}p}^2$, $\theta_B$, $\theta_L$, $\phi$ を用いて、5次元全位相空間にわたる積分を行う。
• 位相空間測度とスピン平均された振幅の二乗を用いて崩壊幅を計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型において、$B^- \to \bar{p}p\ell\bar{\nu}_\ell$ の排他的4粒子半レプトン崩壊の分岐比は何か？
• RQ2 $\bar{B} \to \bar{p}p$ 遷移の形因子は、崩壊振幅および分岐比にどのように寄与するか？
• RQ3 これらの崩壊は、現在および将来のB-factory（BelleやBaBarを含む）で観測可能か？
• RQ4 $B^- \to \bar{p}p\ell\bar{\nu}_\ell$ の角度分布は、標準模型を超える新しい物理をどのように露わにするか？
• RQ5 異なる形因子成分（$g_1, g_2, f_1, f_2$ など）の寄与は、崩壊振幅においてどのように比較されるか？

主な発見

• $B^- \to \bar{p}p e^- \bar{\nu}_e$ の分岐比は $ (1.04 \pm 0.26 \pm 0.12) \times 10^{-4} $ と予測され、CLEOの上限値 $5.2 \times 10^{-3}$ よりも顕著に小さい。
• $B^- \to \bar{p}p \mu^- \bar{\nu}_\mu$ の分岐比は $ (1.04 \pm 0.24 \pm 0.12) \times 10^{-4} $ であり、電子モードと同程度である。
• $B^- \to \bar{p}p \tau^- \bar{\nu}_\tau$ の分岐比は $ (0.46 \pm 0.11 \pm 0.05) \times 10^{-4} $ であり、タウレプトンの質量のため顕著に小さい。
• 振幅の主な寄与は、$|D_{||}| \approx 280$ GeV$^5$ と運動量依存性によって強化された $g_2$ および $f_2$ 形因子に起因する。
• $\sigma^{\mu\nu}p_\nu$ に比例する $g_2$ および $f_2$ 項が、$g_1$ や $f_1$ と比較して大きな大きさを持つため、支配的である。
• $\ell\bar{\nu}_\ell$ 系の角度分布の非対称性 $A_{\theta_L} = 0.59$ は、新しい物理（例えば $(V+A)$ 界面）に敏感であり、仮想 $W^*$ のスピン状態を変化させる可能性がある。