[論文レビュー] Study of the ${\Upsilon}(1S)$ ${ o}$ $DP$ decays

Yueling Yang, Mingfei Duan+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 42被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、標準模型内における摂動的QCD（pQCD）アプローチを用いて、珍しい弱い崩壊 Υ(1S) → D⁻π⁺, D⁰π⁰, Dₛ⁻K⁺ を検討する。予想される branching ratio は 10⁻¹⁸ に達するが、これは現在の実験的感度よりもはるかに小さく、OZI則による極めて強い抑制と小さなCKM行列要素のため、観測が可能となるには顕著な新しい物理的寄与が必要であることが示唆される。

ABSTRACT

Inspired by the potential prospects of high-luminosity dedicated colliders and the high enthusiasms in searching for new physics in the flavor sector at the intensity frontier, the ${\Upsilon}(1S)$ ${ o}$ $D^{-}{\pi}^{+}$, $\overline{D}^{0}{\pi}^{0}$ and $D_{s}^{-}K^{+}$ weak decays are studied with the perturbative QCD approach. It is found within the standard model that the branching ratios for the concerned processes are tiny, about ${\cal O}(10^{-18})$, and far beyond the detective ability of current experiments unless there exists some significant enhancements from a noval interaction.

研究の動機と目的

• 標準模型内において、pQCDアプローチを用いて Υ(1S) → DP崩壊（P = π, K）の branching ratio を評価すること。
• Belle-II やアップグレードされた LHCb のような今後の高出力実験で、大量の b¯b 状態のデータが得られることを踏まえ、理論的基準を提供すること。
• これらの珍しい崩壊の検出可能性を評価し、標準模型を超える新しい物理の兆候を特定すること。
• バリオン状態を含む弱い崩壊におけるハドロン行列要素とウィルソン係数を計算すること。
• QCD補正と因子化が崩壊振幅の計算に与える影響を検討すること。

提案手法

• 樹形図とペンギン図の両方を含む、Υ(1S) → DP崩壊の崩壊振幅をpQCDアプローチで計算する。
• ウィルソン係数を mW スケールから µ スケールまで、ランゲル・グルーブ方程式を用いて、反復群方程式により下方に発展させる有効ハミルトニアン形式を用いる。
• Υ(1S)、D、P メソンのライトコーン波動関数を用いて、行列要素 ⟨DP|Oi|Υ⟩ を計算する。
• 相空間のソフトおよびコリネア領域における大きな対数項を抑制するために、スダコフの再縮合を適用する。
• 軟性関数の進化における異常次元 γq = −αs/π を用いて、QCD放射修正を組み込む。
• クォーク分布の横運動量依存性をモデル化するために、ベッセル関数に基づくハード関数 Hab と Hcd を使用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型内において、Υ(1S) → D⁻π⁺, D⁰π⁰, Dₛ⁻K⁺ 崩壊の予想される branching ratio は何か？
• RQ2 Belle-II や LHCb のような現在または近い将来の実験で、これらの崩壊が観測可能か？
• RQ3 崩壊振幅の主な寄与は、樹形図かペンギン演算子か？
• RQ4 QCD補正と因子化効果は、最終的な branching ratio にどのように影響を与えるか？
• RQ5 予想された branching ratio からの逸脱が、標準模型を超える新しい物理を示唆する可能性はあるか？

主な発見

• 標準模型内において、Υ(1S) → D⁻π⁺, D⁰π⁰, Dₛ⁻K⁺ 崩壊の branching ratio は約 10⁻¹⁸ と予測される。
• 極めて小さな branching ratio は、主に小さなCKM行列要素 |Vub V*cb| とOZI則による抑制に起因する。
• 主な寄与は、樹形図演算子 O1 と O2 であり、ペンギン演算子 O3–O10 は二次的ではあるが無視できない補正を提供する。
• QCD放射修正は異常次元とスダコフ因子を介して取り入れられ、大きな対数項を抑制し、摂動的級数の安定化を図る。
• ハドロン行列要素は、D メソンと P メソンのライトコーン波動関数を用いて計算され、横運動量依存性はベッセル関数を用いてモデル化される。
• 結果から、これらの崩壊は現在の実験的出力では観測不可能であり、信号が観測されるには顕著な新しい物理的強化が必要であると示唆される。