[論文レビュー] Study of the $B_c$-meson lifetime

Chao-Hsi Chang, Shao‐Long Chen+2 more|Mar 18, 2001

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、$B$および$D$メソンの崩壊から導かれる有効クォーク質量を用いて束縛状態効果を考慮する現象論的枠組みにおいて、光学定理を用いて$B_c$メソンの崩壊寿命を推定している。ペングインの寄与は、樹形レベルのオペレーターとの干渉によって顕著に増幅され、最大4%まで上昇することが判明した。また、束縛状態効果により、有効$b$および$c$クォーク質量が低下し、結果として予測される寿命は$ sim 0.36$ psとなり、有効質量のずれを補正した場合、CDFの測定値と整合的である。

ABSTRACT

We in terms of optical theorem estimate the lifetime of $B_c-$meson with the parameters which are deturmined by fitting the data for the lifetimes and inclusive semilepton-decays of various $B$ and $D$ mesons. In the estimate, we find that the bound-state effects are important, and take them into account carefully in the framework which attributes the effects to the effective masses of the decay heavy quarks in the inclusive processes. We also find that to $B_c$ lifetime the penguin contribution is enhanced due to possible interference between the penguin and the `tree part' $c_1O_1+c_2O_2$.

研究の動機と目的

• 非摂動的QCD効果を考慮した包含的崩壊過程を用いて$B_c$メソンの寿命を推定すること。
• $B_c$崩壊における$b$および$c$クォークの有効質量に及ぼす束縛状態効果の役割を調査すること。
• $B_c$崩壊におけるペングイン寄与と樹形レベルのオペレーターとの干渉の重要性を評価すること。
• 有効質量の補正を施すことにより、CDFが測定した$B_c$寿命$0.46^{+0.18}_{-0.16}$ psと理論的予測を一致させること。

提案手法

• 非摂動的効果を吸収するため、包含的$B_c$崩壊に光学定理を適用して全崩壊幅を推定する。
• $B$および$D$メソンの寿命および半レプトン的崩壊データへのフィットから得られる、$B_c$における$b$および$c$クォークの有効クォーク質量を用いる。
• ウィルソン係数$c_1, c_2, \dots, c_6$を含む有効ラグランジアンを用いて、スパーサー、Wアンニヒレーション（WA）、およびパウリ干渉（PI）の寄与を組み込む。
• ペングイン寄与を、ペングインと樹形レベルのオペレーター$c_1O_1 + c_2O_2$との干渉項として評価する。
• $B_c$を2つの重いクォークの束縛状態として扱い、実験データに一致させるために$m_b^{\text{eff}}$および$m_c^{\text{eff}}$を調整する。
• 数値計算を$f_{B_c} = 440$ MeVおよび$500$ MeV、$M_{B_c} = 6.25$ GeVを用いて実施し、$ Gamma = \Gamma^{\text{スペクター}} + \Gamma^{\text{非スペクター}}$の式を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 束縛状態効果は、$B_c$崩壊における$b$および$c$クォークの有効質量にどのように影響を与えるか？
• RQ2 $B_d$および$B_s$メソンと比較して、$B_c$崩壊におけるペングイン寄与はどの程度増幅されているか？
• RQ3 ペングインと樹形レベルの$c_1O_1 + c_2O_2$振幅の干渉が$B_c$崩壊幅に果たす役割は何か？
• RQ4 $B$および$D$崩壊から得られる有効クォーク質量を、2つの重いフラバーを持つ$B_c$の独自の構造に合わせて補正することで、$B_c$寿命を正確に予測できるか？
• RQ5 予測される$B_c$寿命は、$B_c$崩壊定数$f_{B_c}$および有効クォーク質量の変動に対してどの程度感度を示すか？

主な発見

• 予測される$B_c$寿命は、$f_{B_c} = 440$ MeVのとき$0.362$ ps、$f_{B_c} = 500$ MeVのとき$0.357$ psであり、いずれもCDF測定値の$0.46$ ps未満である。
• 有効$b$および$c$クォーク質量を$m_b^{\text{eff}} = 4.85$ GeVおよび$m_c^{\text{eff}} = 1.55$ GeVに調整すると、予測寿命は$ approx 0.47$ psとなり、CDFデータとより良好に一致する。
• 全幅に対するペングイン寄与は$3.4\sim4.3\%$に増幅されており、CKM有利遷移と干渉のため、$B_d$および$B_s$メソンの$<0.5\%$と比べ顕著に高い。
• スパーサー崩壊幅は、$f_{B_c} = 440$ MeVのとき$c \to s$遷移が$70.9\%$を占め、次に$b \to c$が$22.8\%$、$\Gamma(\tau\nu)$が$0.078$ ps$^{-1}$を寄与する。
• 半レプトン的崩壊$B_{SL}$の branching ratio は、$f_{B_c} = 440$ MeVのとき$8.7\%$、$f_{B_c} = 500$ MeVのとき$8.4\%$と予測される。
• 負の$\Gamma^{PI}$値（$-7.1\%$および$-9.0\%$）は、パウリ干渉チャネルで破壊的干渉が生じ、全幅が減少することを示している。