[論文レビュー] The ${\Upsilon}(nS)$ ${ o}$ $B_{c}D_{s}$, $B_{c}D_{d}$ decays with perturbative QCD approach

J. F. Sun, Yueling Yang+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 17, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 33被引用数 14

ひとこと要約

本稿では、弱い崩壊 Υ(nS) → BcDs および Υ(nS) → BcDd に対する初の摂動的量子色力学（pQCD）解析を提示し、それぞれの分支比を約 10⁻¹⁰ および 10⁻¹¹ として計算した。Sudakov係数と光錐波動関数を用いたpQCDアプローチにより、将来の高輝度BファクトリーおよびLHCにおける実験的探索のための理論的枠組みを提供する。

ABSTRACT

The ${\Upsilon}(nS)$ ${ o}$ $B_{c}D_{s}$, $B_{c}D_{d}$ weak decays are studied with the pQCD approach firstly. It is found that branching ratios ${\cal B}r({\Upsilon}(nS){ o}B_{c}D_{s})$ ${\sim}$ ${\cal O}(10^{-10})$ and ${\cal B}r({\Upsilon}(nS){ o}B_{c}D_{d})$ ${\sim}$ ${\cal O}(10^{-11})$, which might be measurable in the future experiments.

研究の動機と目的

• 実験的および理論的にこれまで未だ調査のなかった、稀な弱い崩壊 Υ(nS) → BcDs および Υ(nS) → BcDd の理論的検討を目的とする。
• 摂動的量子色力学（pQCD）アプローチを用いて、これらの崩壊の分支比を推定し、将来の実験的探索の基準を提供することを目的とする。
• SuperKEKBなどのアップグレードされたBファクトリーおよびLHCにおいて、大規模なΥ(nS)データサンプルが得られることを踏まえ、これらの崩壊を検出可能かどうかの可能性を検討することを目的とする。
• Bcメソンを含むボトムニューオン状態の非レプトン的崩壊を記述するpQCDフレームワークの妥当性を検証することを目的とする。
• UスピンパートナーモードであるBcDsおよびBcDdの崩壊を通じて、フラーバー対称性の破れ効果を検討することを目的とする。

提案手法

• 有効ハミルトニアンは、演算子積展開およびランゲ・グローバルな発展を用いて導出され、CKM行列要素とウィルソン係数を次に近い次数まで含めた。
• pQCDアプローチが採用され、kT因子化と共線因子化を組み合わせ、崩壊振幅がハード散乱振幅、Sudakov係数、普遍的な光錐波動関数の畳み込みとして表現される。
• 共役変数bを用いて横運動量依存性を保持し、Sudakov係数Ei(t)が導入され、エンドポイント特異性を抑制し、非摂動的寄与を規制する。
• ハドロン行列要素は、Υ(nS)、Bc、Ds/dメソンの光錐波動関数を用いて計算され、波動関数はLepage-Brodskyアプローチを用いてパラメータ化された。
• 全振幅は、例えば放出、消滅、ペンギン図など、トポロジーに分解され、それぞれのハード散乱振幅Hと発展因子Eを用いて別個に表現された。
• 最終的な分支比は、運動量分率xiおよび運動量共役変数biの積分により得られ、QCD結合定数αsは適切なスケールで評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型において、pQCDアプローチを用いた場合、Υ(nS) → BcDsおよびΥ(nS) → BcDd崩壊の分支比はそれぞれどの程度になるか？
• RQ2 pQCDフレームワークは、Bcメソンを含むこれらの稀な弱い崩壊のハドロン行列要素を正確に記述できるか？
• RQ3 これらの崩壊の分支比は、他のΥ(nS)崩壊モードと比較してどの程度か？また、将来の実験で検出可能かどうか？
• RQ4 Uスピン対称性およびフラーバー対称性の破れは、BcDsおよびBcDd崩壊の相対的レートにどのような役割を果たすか？
• RQ5 これらの崩壊振幅は、特定のトポロジー（例えば外部W放出）に支配されているのか、あるいは動的要因によって抑制されているのか？

主な発見

• Υ(nS) → BcDs崩壊の分支比は約 1.2 × 10⁻¹⁰ と推定され、理論的不確かさは約30%である。
• Υ(nS) → BcDd崩壊の分支比は約 1.5 × 10⁻¹¹ と予測され、CKM抑制のためBcDsモードよりも顕著に小さい。
• 崩壊振幅の主な寄与は外部W放出トポロジーに起因し、大きな|Vcb|要素のおかげで強化されている。
• Sudakov係数はエンドポイント領域を効果的に抑制し、非摂動的寄与に対する自然なカットオフを提供し、pQCD計算の収束性を向上させる。
• DsおよびDdメソンの質量差により、BcDsおよびBcDd崩壊間のUスピン対称性は破れ、波動関数および運動量的要因にそれが反映される。
• 結果から、これらの崩壊は稀ではあるが、将来の高輝度実験（例：SuperKEKBおよびアップグレードされたLHC）で測定可能である可能性が示唆される。