[論文レビュー] The Z → c\( \bar c \) → γγ*, Z → b\( \bar b \) → γγ* triangle diagrams and the Z → γψ, Z → γϒ decays

N. N. Achasov|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用数 1

ひとこと要約

この論文は、Z → c̄c → γγ* および Z → b̄b → γγ* 振幅とその微分の和則を用いて、Z → γψ および Z → γϒ の崩壊を調査している。Braching ratio を計算し、Σψ BR(Z → γψ) の下界を 1.95 × 10⁻⁷、Συ BR(Z → γϒ) の下界を 7.23 × 10⁻⁷ と特定した。LHC では 10⁻⁶ 前後で測定可能な率が予想され、予測された角度分布も示している。

ABSTRACT

The approach to the Z → γψ and Z → γϒ decay study is presented in detail, based on the sum rules for the Z → c\( \bar c \) → γγ* and Z → b\( \bar b \) → γγ* amplitudes and their derivatives. The branching ratios of the Z → γψ and Z → γϒ decays are calculated for different hypotheses on saturation of the sum rules. The lower bounds of Σψ BR(Z → γψ) = 1.95 × 10−7 and Συ BR(Z → γϒ) = 7.23 × 10−7 are found. Deviations from the lower bounds are discussed, including the possibility of BR(Z → γJ/ψ(1S)) ∼ BR(Z → γϒ(1S)) ∼ 10−6, that could be probably measured in LHC. The angular distributions in the Z → γψ and Z → γϒ decays are also calculated.

研究の動機と目的

• Z → c̄c → γγ* および Z → b̄b → γγ* 振幅の和則を用いて Z → γψ および Z → γϒ の崩壊を分析すること。
• さまざまな飽和仮説の下で、Z → γψ および Z → γϒ の崩壊の Braching ratio の下界を特定すること。
• 特に 10⁻⁶ 前後の Braching ratio で測定可能かどうかを評価し、LHC での検出可能性を検討すること。
• Z → γψ および Z → γϒ 崩壊過程における角度分布を計算すること。
• 導出された下界からのずれとその素粒子物理学的意味を検討すること。

提案手法

• Z → c̄c → γγ* および Z → b̄b → γγ* 振幅とその微分の和則を応用し、崩壊振幅を制約すること。
• 重いクォーカリアニオン（ψ, ϒ）と仮想光子を含む三角図に基づく理論的枠組みの使用。
• 和則の飽和仮定を異なる条件下で評価し、Braching ratio を算出すること。
• 導出された振幅を用いて、Z → γψ および Z → γϒ 崩壊チャネルにおける角度分布を計算すること。
• 和則の飽和に基づく数値的推定を実施し、下界とずれを含めた Braching ratio を算出すること。
• 予測された Braching ratio を LHC の感度と比較し、検出可能性を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 和則の飽和に基づく Z → γψ および Z → γϒ 崩壊の Braching ratio の下界は何か？
• RQ2 下界からのずれが予測される Braching ratio に与える影響は何か？ また、現在の理論的制約と整合する値は何か？
• RQ3 Z → γJ/ψ(1S) および Z → γϒ(1S) の Braching ratio は、LHC で測定可能な水準、例えば ∼10⁻⁶ に達する可能性はあるか？
• RQ4 Z → γψ および Z → γϒ 崩壊過程における予測される角度分布は何か？
• RQ5 Z → c̄c → γγ* および Z → b̄b → γγ* 振幅の和則は、これらのレア崩壊の力学をどのように制約するか？

主な発見

• Z → γψ 崩壊の Braching ratio の合計に対する下界は 1.95 × 10⁻⁷ と計算された。
• Z → γϒ 崩壊の Braching ratio の合計に対する下界は 7.23 × 10⁻⁷ と特定された。
• 下界からのずれは、BR(Z → γJ/ψ(1S)) および BR(Z → γϒ(1S)) が ∼10⁻⁶ に達する可能性を示唆しており、これは LHC で測定可能である可能性がある。
• 振幅構造に基づいて、Z → γψ および Z → γϒ 崩壊における角度分布が明示的に計算された。
• 本研究は、Z → γψ および Z → γϒ 崩壊モードが、将来の高エネルギー衝突型実験で観測可能である可能性を示している。
• 和則アプローチは、クォーカリアニオンおよび仮想光子を含むレア Z ボソン崩壊を推定する一貫性のある枠組みを提供している。