[論文レビュー] Weak decays of Heavy mesons

Saša Prelovšek|ArXiv.org|Oct 11, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 19

ひとこと要約

本博士論文は、標準模型を超える新しい物理を探索するための素因数としての、重い中間子崩壊におけるフラーバー変換型中性荷電現在（FCNC）を調査する。特に、c → uγおよびc → ul+l−遷移に注目し、ハイブリッドモデル（重いクォーク効果理論とちゅうしん摂動理論の組み合わせ）を用いて、Bc → B∗uγの分岐比が約10⁻⁸であると予測し、新しい物理の検出に非常に感受性の高いチャンネルであると特定する。また、D中間子崩壊における長距離寄与の分析により、観測可能性を高める。

ABSTRACT

I explore the possibility of using heavy meson decays as probes for flavour changing neutral transitions (FCNC) $c o uγ$ and $c o ul^+l^-$. In the standard model, these are the most frequent FCN transitions among the quarks with charge $2/3e_0$. I predict the short and long distance contributions to the relevant heavy meson decays within the standard model and explore their sensitivity to different scenarios of physics beyond the standard model. The rare $B_c o B_u^*γ$ decay is proposed as the most suitable case study of the $c o uγ$ transition and is studied with the ISGW model. Its detection at the branching ratio much higher than $10^{-8}$ would signal new physics. Weak decays of charm mesons to a light meson and a photon or a charged lepton pair are also studied for this purpose. Their probabilities are found to be dominated by the long distance contributions and raise our hopes that they may be detected soon. A window of opportunity to probe the $c o ul^+l^-$ transition is found in the decay $D o πl^+l^-$, at the kinematical region of high di-lepton mass. In order to study the charm meson decays, I adapt the Heavy Meson Chiral Lagrangian approach and demonstrate for its applicability by predicting the charm meson nonleptonic decay rates.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新しい物理を探索するための感受性の高い素因数として、フラーバー変換型中性荷電現在（FCNC）のc → uγおよびc → ul+l−遷移を調査すること。
• 特にBc → B∗uγおよびD中間子崩壊において、短距離および長距離寄与を定量すること。
• 非レプトン的崩壊を扱うために、重いクォーク効果理論とちゅうしん摂動理論を組み合わせたハイブリッドモデルを構築・適用すること。
• 弱い崩壊における長距離寄与を、明示的にゲージ不変性を保つ枠組みで組み込むこと。
• 特に高二レプトン質量領域で、新しい物理に感受性の高い実験的に観測可能な崩壊チャンネルを特定すること。

提案手法

• Bc → B∗uγの崩壊振幅を計算するために、Isgur-Scora-Grinstein-Wise（ISGW）モデルを用いる。
• charm中間子崩壊に対して、重いクォーク対称性とちゅうしん摂動理論を組み合わせたハイブリッド有効場理論フレームワークを適用する。
• スカラーモードおよびベクトル中間子を含む、強い相互作用、電磁相互作用、弱い相互作用を統合した重い中間子ちゅうしんラグランジアンを構築する。
• 明示的にゲージ不変性を保つように、重いクォークが軽い反クォークと結合する有効弱いカレントを導出する。
• 因子化近似を実装し、有効オペレーターの重正化群の発展を用いて短距離寄与を計算する。
• 中間状態の共鳴状態および非共鳴的ペンギン図を介した長距離寄与を分析し、適切な頂点構成によりゲージ不変性を保証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型のレートが抑制されていることを考慮すると、Bc → B∗uγにおけるc → uγ遷移は、新しい物理を洗練して探るためのクリーンな素因数として利用可能か？
• RQ2 標準模型におけるBc → B∗uγの分岐比は何か？ そして、新しい物理によってその値は増幅可能か？
• RQ3 D → P l+l−およびD → V l+l−崩壊において、長距離寄与がどのように支配的になるか？ また、高二レプトン質量領域で観測可能か？
• RQ4 重いクォーク理論とちゅうしん有効理論を組み合わせたハイブリッドモデルは、charm中間子の非レプトン的崩壊率を信頼性を持って予測できるか？
• RQ5 FCNC崩壊における長距離寄与を、明示的にゲージ不変性を保つ方法で組み込むにはどうすればよいか？

主な発見

• 標準模型においてBc → B∗uγの分岐比は10⁻⁸のオーダーであると予測され、これが観測された場合、新しい物理の検出に非常に有望なチャンネルとなる。
• D → P l+l−およびD → V l+l−崩壊において、長距離寄与が支配的であり、特に高二レプトン質量領域で顕著である。このため、実験的観測の可能性が開かれる。
• 高( pl+ + pl− )²領域におけるD → πl+l−崩壊は、c → ul+l−遷移に対して感受性が高いため、新しい物理を探る上で有望なチャンネルである。
• 重いクォーク理論とちゅうしん有効理論を組み合わせたハイブリッドモデルは、対称性構造を一貫して保ちながら、charm中間子の非レプトン的崩壊率をうまく予測できた。
• 一貫した有効カレント構成により、長距離寄与のゲージ不変な定式化が達成され、電磁気的ゲージ不変性が保たれた。
• 長距離寄与の影響が最小限で、短距離振幅が計算可能であるため、Bc → B∗uγはc → uγ FCNC遷移を探る上で最も適したプロセスであると特定された。