[論文レビュー] Strange Axial-vector Mesons in D Meson Decays

Peng-Fei Guo, Dongfang Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2018

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、因子化アプローチを用いて、$D^0$ メソン崩壊、特に $D^0 \to K^+K^-\rho K$ および $D^0 \to K^+K^-\bar{K}^{*0}\rho$ を通じて、奇妙な軸対称メソン $K_1(1270)$ と $K_1(1400)$ の性質を調査した。$K_1(1270)$ の崩壊に関する実験データは、幅が狭い近似および $CP$ 守恒の下で予想される等価関係を破っており、その分岐比が10倍程度過大評価されている可能性を示唆している。一方、$K_1(1400)$ の分岐比は予測と同程度であり、混合角が約 $45^\circ$ に近いことを支持している。

ABSTRACT

The nature of strange axial-vector mesons are not well understood and can be investigated in $D$ meson decays. In this work, it is found that the experimental data of $D^0 ightarrow K^\pm K^\mp_1(1270)( o ρK \,\, ext{or}\,\,K^{*}π)$ in the $D^0 o K^+K^-π^+π^-$ mode, disagree with the equality relation under the narrow width approximation and $CP$ conservation of strong decays. Considering more other results of $K_1(1270)$ decays, the data of $\mathcal{B}(D^0 ightarrow K^-K^+_1(1270)( o K^{*0}π^+))$ is probably overestimated by one order of magnitude. We then calculate the branching fractions of the corresponding processes with $K_1(1400)$ in the factorization approach, and find $\mathcal{B}(D^0 ightarrow K^-K^+_1(1400)( o K^{*0}π^+))$ is comparable to the predicted $\mathcal{B}(D^0 ightarrow K^-K^+_1(1270)( o K^{*0}π^+))$ using the equality relation. Besides, we suggest to measure the ratios between $K_1(1270) o ρK$ and $K^*π$ or to test the equality relations in other $D$ meson decay modes.

研究の動機と目的

• 幅が狭い近似および $CP$ 守恒の下で予想される等価関係と、$D^0 \to K^+K^-\rho K$ および $D^0 \to K^+K^-\bar{K}^{*0}\rho$ 崩壊の実験的データの整合性を検証すること。
• $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ の測定分岐比が、10倍程度過大評価されている可能性を評価すること。
• 因子化アプローチを用いて、$D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ の分岐比を計算し、$K_1(1270)$ の予測値と比較すること。
• $D$ 崩壊における等価関係をテストし、$K_1$ 混合角を制約するため、$K_1(1270)\to \rho K$ と $K^*\rho$ の崩壊比などの新たな測定を提案すること。

提案手法

• 局所的カレント-カレント相互作用が支配的であると仮定し、因子化アプローチを用いて $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ の分岐比を計算すること。
• $K_1$ 混合角 $\theta_{K_1}$ を用いて、$K_1(1270)$ と $K_1(1400)$ を $^{3}P_1$ および $^{1}P_1$ のクォーク模型状態に関連付けること。
• $CP$ 守恒および幅が狭い近似からの等価関係を仮定し、$K_1(1400)$ の理論的予測分岐比を、$K_1(1270)$ の実験的データと比較すること。
• $D^0 \to K^+K^-\rho K$ および $D^0 \to K^+K^-\bar{K}^{*0}\rho$ のカスケード崩壊モードを分析し、分岐比の比を抽出すること。
• 実験的データの整合性をテストするため、比 $\frac{\text{Br}(K_1(1270)\to \rho K)}{\text{Br}(K_1(1270)\to K^*\rho)} = \frac{1}{3}$ をベンチマークとして用いること。
• $D$ 崩壊における崩壊比の新たな測定を提案し、等価関係をテストし、$K_1$ 混合角を制約すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 崩壊の実験的データが、幅が狭い近似および $CP$ 守恒の下で予想される等価関係と整合しているか。
• RQ2 $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ の測定分岐比が、10倍程度過大評価されているか。
• RQ3 $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ の分岐比が、同じ仮定の下で $K_1(1270)$ の予測値と同程度か。
• RQ4 $D$ 崩壊において、$\text{Br}(K_1(1270)\to \rho K)/\text{Br}(K_1(1270)\to K^*\rho)$ の比を測定することで、等価関係のテストが可能か。
• RQ5 $D$ メソン崩壊、特に $K_1(1270)$ および $K_1(1400)$ 崩壊モードの比を用いて、$K_1$ 混合角 $\theta_{K_1}$ にどのような制約を課せるか。

主な発見

• $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 崩壊の実験的データは、報告された分岐比 $7.3\pm0.8\pm1.9\%$ の下で、幅が狭い近似および $CP$ 守恒の下で予想される等価関係と整合しないことから、真の値が10倍程度過大評価されている可能性がある。
• $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ の計算分岐比は、$K_1(1270)$ の予測値と同程度の大きさであり、$K_1(1400)$ がこのような崩壊に顕著な寄与をしている可能性を支持している。
• $D^0 \to K^-\pi^+\pi^+\pi^-$ 崩壊モードにおける比 $\mathcal{B}_{21}/\mathcal{B}_{22} = 4\eta/3$ は、因子化アプローチと整合しており、実験的検証可能な予測を提供している。
• $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-\pi^0$ モードにおける比 $\mathcal{B}_{11}/\mathcal{B}_{12} = \eta/3$ および $\mathcal{B}_{13}/\mathcal{B}_{14} = 4\eta/3$ は、同一の枠組みから導かれており、実験的に等価関係をテストするのに利用可能である。
• 本研究は、$D$ 崩壊において $\text{Br}(K_1(1270)\to \rho K)/\text{Br}(K_1(1270)\to K^*\rho)$ の比を測定することで、等価関係の直接的テストおよび $K_1$ 混合角の制約が可能であると提言している。
• 結果は、$\theta_{K_1} \sim 45^\circ$ の混合角を支持しており、相対論的クォーク模型や一部の物性的解析とも整合しており、$K_1(1400)$ が $^{1}P_1$ 状態の妥当な候補であることを示唆している。