[論文レビュー] Studying Radiative Baryon Decays with the SU(3) Flavor Symmetry

Ru-Min Wang, Xiao-Dong Cheng+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2020

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 35被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、Bottomおよびcharmバリオンを含む放射性バリオン崩壊を研究するために、SU(3)フレーバー対称性の非可約表現アプローチを適用し、単一クォーク遷移とW交換図を介して、崩壊モード間の振幅関係を導出する。未測定の崩壊、例えばΛ⁰_b→nγやΞ⁰_b→Λ⁰γの分岐比を予測し、BESIII、LHCb、Belle-II実験における検証可能なベンチマークを提供する。

ABSTRACT

The weak and electromagnetic radiative baryon decays of octet $T_{8}$, decuplet $T_{10}$, single charmed anti-triplet $T_{c3}$ and sextet $T_{c6}$, single heavy bottomed anti-triplet $T_{b3}$ and sextet $T_{b6}$ are investigated by using SU(3) flavor symmetry irreducible representation approach. We analyze the contributions from a single quark transition $q_1 o q_2γ$ and $W$ exchange transitions, and find that the amplitudes could be easily related by SU(3) flavor symmetry in the $T_{b3,b6}$ weak radiative decays, $T_{c3,c6}$ weak radiative decays, $T_{10} o T_{8}γ$ weak decays, $T_{10} o T'_{10}γ$ weak decays and $T_{10} o T_{8}γ$ electromagnetic decays. Nevertheless, the amplitude relations are a little complex in the $T_{8} o T'_{8}γ$ and $T_{8} o T_{10}γ$ weak decays due to quark antisymmetry in $T_{8}$ and $W$ exchange contributions. Predictions for branching ratios of $Λ^{0}_b o nγ$, $Ξ^{-}_b o Ξ^-γ$, $Ξ^{-}_b o Σ^-γ$, $Ξ^{0}_b o Σ^0γ$, $Ξ^{0}_b o Λ^0γ$, $Ξ^{0}_b o Ξ^0γ$, $Ξ^{*} o Ξγ$, $Σ^{*0} o Σ^{0}γ$, $Δ^0 o nγ$ and $Δ^+ o pγ$ are given. The results in this work can be used to test SU(3) flavor symmetry approach in the radiative baryon decays by the future experiments at BESIII, LHCb and Belle-II.

研究の動機と目的

• SU(3)フレーバー対称性を用いて、Bottomおよびcharmバリオンの弱いおよび電磁的放射性崩壊を調査すること。
• SU(3)の非可約表現に基づいて、異なる崩壊モード間の振幅関係を導出すること。
• 利用可能な実験データを用いて、未測定の放射性崩壊の分岐比を予測すること。
• 将来の実験的測定を通じて、SU(3)非可約表現アプローチが放射性バリオン崩壊において有効であるかを検証すること。
• 崩壊振幅における単一クォーク遷移（例：b→sγ）とW交換メカニズムの寄与を区別すること。

提案手法

• 八重項（T₈）、十重項（T₁₀）、および重いバリオン多重項（T_b3, T_b6, T_c3, T_c6）を含むバリオン崩壊におけるSU(3)非可約表現振幅を構築する。
• SU(3)フレーバー対称性を用いて、特にT_b3, T_b6, T_c3, T_c6およびT₁₀→T₈γ遷移における、異なる崩壊モード間の振幅を関連付ける。
• 測定済みの分岐比、特に𝒫(Λ⁰_b→Λ⁰γ)を用いて未知のSU(3)振幅を抽出し、未測定の分岐比を予測する。
• 特にT₈→T′₈γおよびT₁₀→T₈γ崩壊において、短距離（b→s/dγ）と長距離（W交換）遷移の寄与を区別する。
• クォークレベル遷移とその対称性的制約をモデル化するため、SU(3)フレームワーク内でのトポロジカル図アプローチを適用する。
• 有効ハミルトニアンの群論的分解とSU(3)クレブシュ＝ゴルダン係数を用いて、振幅関係を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SU(3)フレーバー対称性は、異なるバリオン多重項間の放射性崩壊の振幅をどのように関連付けることができるか？
• RQ2 T₈→T′₈γおよびT₁₀→T₈γ崩壊において、単一クォーク遷移（例：b→sγ）とW交換寄与の役割は何か？
• RQ3 SU(3)非可約表現アプローチは、Σ⁰→nγおよび他のハイパーロン崩壊の現在の実験データを説明できるか？
• RQ4 Λ⁰_b→nγやΞ⁰_b→Λ⁰γのような未測定の放射性崩壊の予測分岐比は何か？
• RQ5 T₁₀→T₈γの電磁的崩壊の予測は、既存のデータおよび実験的感度とどのように一致するか？

主な発見

• Λ⁰_b→nγの分岐比は(1.25±0.13)×10⁻⁵と予測され、SU(3)対称性フレームワークと整合的である。
• Ξ⁰_b→Λ⁰γの分岐比は(1.26±0.25)×10⁻⁵と予測され、将来的な実験における検証可能な予測を提供する。
• 電磁的崩壊Σ*⁰→Σ⁰γの分岐比は(1.57±0.31)×10⁻³と予測され、現在のデータと一致する。
• Σ*⁰→Λ⁰γの分岐比は(1.25±0.13)×10⁻²と予測され、誤差範囲内で実験観測と一致する。
• Ξ*⁻→Σ⁻γおよびΞ*⁰→Λ⁰γの上界は10⁻⁴未満と予測され、非常に小さな分岐比であることを示唆する。
• Δ⁺→pγの分岐比は(8.36±3.68)×10⁻³と予測され、対称性制約が想定するオーダーと一致する。