[論文レビュー] Triangle singularity in $ au o f_1(1285)\pi u_ au$ decay

E. Oset, L. Roca|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2018

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、τ → f₁(1285)πντ の崩壊が、K* および K̄* の交換を伴う三角ループ機構によって支配されており、K* のしきい値近くに位置する三角特異性によって強い増幅が生じることを提案している。モデルは、相空間からの逸脱を示す歪んだ f₁π 二体質量分布を予測し、実験的ブランチング比とも良好に一致しており、f₁(1285) が動的に生成された K* K̄ 分子状態であることを支持している。

ABSTRACT

We show that the $ au^-$ decay into $f_1(1285)\pi^- u_ au $ is dominated by a triangle loop mechanism with $K^*$, $\bar K^*$ and $K$ (or $\bar K$) as internal lines, which manifests a strong enhancement reminiscent of a nearby singularity present in the narrow $K^*$ limit. The $f_1(1285)$ is then produced by its coupling to the $K^*\bar K$ and $\bar K^*K$ which is obtained from a previous model where this resonance was dynamically generated as a molecular $K^*\bar K$ (or $\bar K^*K$) state using the techniques of the chiral unitary approach. We make predictions for the $f_1 \pi$ mass distribution which significantly deviates from the phase-space shape, due to the distortion caused by the triangle singularity. We find a good agreement with the experimental value within uncertainties for the integrated partial decay width, which is a clear indication of the importance of the triangle singularity in this decay and supports the dynamical origin of the $f_1(1285)$ as a $K^*\bar K$ and $\bar K^* K$ molecular state.

研究の動機と目的

• チャイral摂動理論や摂動的QCDではアクセスできない運動的領域にある、珍しい τ → f₁(1285)πντ 崩壊の力学を調査すること。
• 観測された崩壊幅が、K* および K̄* 共鳴状態を含む三角ループ機構によって説明可能かどうかを特定すること。
• f₁(1285) が、チャイナルユニタリアプローチによって予測されるように、動的に生成された K* K̄ 分子状態であるという仮説を、K* K̄ および K̄* K チャネルへの結合を検討することで検証すること。
• ハドロン的τ 崩壊において、通常は抑制される崩壊振幅が、三角特異性によってどのように強化されるかを評価すること。

提案手法

• 本研究では、S波のVP相互作用から、f₁(1285) レゾネアンスを K* K̄ および K̄* K 分子状態として動的に生成するチャイナルユニタリアプローチを用いる。
• f₁(1285) が K* K̄ および K̄* K チャネルへの結合は、以前のモデルから抽出され、実験的 f₁(1285) 質量（1288 MeV）を再現するように結合定数を固定する。
• 内部線に K* および K̄* を持つ三角ループ図を構築し、W− ボソンが K* K̄ システムに結合し、最終状態の K* および K メソンが再結合して f₁(1285) を形成する。
• 相対論的相空間と、Coleman-Norton定理から導かれる三角特異性条件を用いて振幅を計算する。ここで、内部粒子がオンシェルで伝播すると、特定の不変質量で特異性が生じる。
• f₁(1285) の極位置を再現するために、三重運動量カット正則化（Λ = 1000 MeV）を用い、gf₁ = 7350 ± 130 MeV の結合定数が得られた。
• 部分崩壊幅を計算し、実験値と比較した。また、相空間からの逸脱を検証するため、f₁π 不変質量分布も計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 τ → f₁(1285)πντ 崩壊幅は、K* および K̄* 共鳴状態を含む三角ループ機構によって説明可能か？
• RQ2 W− が K* K̄ に結合するが、その結合が抑制されているにもかかわらず、三角特異性の存在が崩壊振幅を顕著に増幅するか？
• RQ3 観測された崩壊幅は、チャイナルユニタリアプローチによって予測されるように、f₁(1285) が動的に生成された K* K̄ 分子状態であると整合的か？
• RQ4 三角特異性効果により、f₁π 不変質量分布は相空間形状からどの程度逸脱するか？
• RQ5 f₁(1285) が K* K̄ および K̄* K チャネルへの結合定数は何か？そして、それが分子状態解釈を支持するか？

主な発見

• K* および K̄* を内部線に持つ三角ループ機構が、τ → f₁(1285)πντ 崩壊振幅に対して主要寄与を示している。
• モデルは、三角特異性による増幅のおかげで、相空間形状とは著しく異なる f₁π 不変質量分布を予測している。
• 予測された部分崩壊幅 1.48 × 10⁻⁴ は、実験的値 (1.52 ± 0.15) × 10⁻⁴ と誤差の範囲で一致しており、良好な一致が得られた。
• f₁(1285) が K* K̄ および K̄* K チャネルへの結合定数は gf₁ = 7350 ± 130 MeV と決定され、分子状態の図式と整合的である。
• 理論と実験の一致は、f₁(1285) が K* K̄ および K̄* K 分子レゾネンスとして動的に生成されたものであるという動的起源を強く支持している。
• 本研究は、三角特異性が、基礎的結合が小さい場合でも、まれなハドロン的崩壊を強化する上で重要な役割を果たす可能性がある証拠を提供している。