[논문 리뷰] Branching Ratios and Polarization in B-> VV,VA,AA Decays

Hai-Yang Cheng, Kwei-Chou Yang|arXiv (Cornell University)|2008. 05. 04.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 66

한 줄 요약

이 논문은 다음단계의 비가역적 보정을 포함한 양성역학적 요법(Nonfactorizable corrections)을 적용한 QCD 요법을 사용하여, 쿼크가 없는 B → VV, VA, AA 붕괴를 조사한다. 결과적으로, 스핀 의존성 효과를 가진 윌슨 계수는 펜텀 지배 모드에서 횡방향 극화를 크게 증가시킨다. 주요 결과는 펜텀 소멸 기여와 NLO 효과가 B → K*φ 및 B → K*ρ 붕괴에서 관측된 큰 횡방향 극화를 설명할 수 있으며, 새로운 물리학을 도입하지 않고도 오랫동안 지속된 극화 퍼즐을 해결할 수 있다.

ABSTRACT

We present a detailed study of charmless two-body B decays into final states involving two vector mesons (VV) or two axial-vector mesons (AA) or one vector and one axial-vector meson (VA), within the framework of QCD factorization, where $A$ is either a $^3P_1$ or $^1P_1$ axial-vector meson. The main results are as follows. (i) In the presence of NLO nonfactorizable corrections, effective Wilson coefficients $a_i^h$ are helicity dependent. For some penguin-dominated modes, the constructive (destructive) interference in the negative-helicity (longitudinal-helicity) amplitude of the $B o VV$ decay will render the former comparable to the latter and push up the transverse polarization. (ii) In QCD factorization, the transverse polarization fraction can be large for penguin-dominated charmless $VV$ modes by allowing for sizable penguin annihilation contributions. (iii) Using the measured $\bar K^{*0} ho^-$ channel as an input, we predict the branching ratios and polarization fractions for other $\ov B o \bar K^* ho$ decays. (iv) The smallness of the axial-vector decay constant of the $^1P_1$ axial vector meson can be tested by measuring various $b_1 ho$ modes to see if $\Gamma(\bar B^0 o b_1^- ho^+)\ll \Gamma(\bar B^0 o b_1^+ ho^-)$ and $\Gamma(B^- o b_1^- ho^0)\ll \Gamma(B^- o b_1^0 ho^-)$. (v) For the penguin-dominated modes $a_1K^*$ and $b_1K^*$, it is found that the former are dominated by transverse polarization amplitudes, whereas the latter are governed by longitudinal polarization states.

연구 동기 및 목표

• B → VV 붕괴에서 큰 횡방향 극화가 관측되는 현상(예: B → K*φ, B → K*ρ)은 난이도 있는 QCD 요법 예측과 모순되며, 이 장기적인 극화 퍼즐을 해결하기 위해.
• 3P1 및 1P1 축성자 입자에서의 특성(예: G-대칭성 및 비가역적 효과 포함)을 고려하여 QCD 요법을 B → VA 및 AA 붕괴로 확장하기 위해.
• 이전 문헌에서 주장한 바와 같이 B → AV 붕괴가 강하게 억제된다는 것을 검증하기 위해, NLO 보정을 사용하여 비율과 극화 분율을 비교하기 위해.
• 측정된 K*ρ 붕괴 비율을 입력으로 사용하여 다양한 B → VV, VA, AA 모드에서의 분해율과 극화 분율에 대한 정량적 예측을 제공하기 위해.
• 축성자 최종 상태에서 약한 소멸과 하드 스펙터 스캐터링의 역할을 분석하며, 특히 횡방향 또는 종방향 극화 지배 모드에서의 영향을 조사하기 위해.

제안 방법

• 효과적 윌슨 계수 ah_i에 대한 완전한 NLO 보정(정점 보정, 펜텀 기여, 하드 스펙터 스캐터링 포함)을 포함한 QCD 요법을 적용한다.
• 벡터 및 축성자 입자에 대해 정확한 빛선 프로젝션 연산자를 사용하여 스핀 의존성 진폭을 계산하며, 이는 이전의 극화 분율 계산에서의 일관성 결여를 피하기 위함이다.
• 펜텀 소멸 및 하드 스펙터 스캐터링을 통해 비가역적 기여를 포함하며, Xh_A 매개변수화를 사용하여 종점 발산을 명시적으로 평가한다.
• 1P1 및 3P1 축성자 입자에 대한 횡방향 및 종방향 프로젝터를 유도하며, 쿼크-반쿼크 교환에 따른 비대칭(1P1) 및 대칭(3P1) 빛선 분포 함수를 고려한다.
• B⁰ → K*⁰ρ⁻의 측정된 분해율을 입력으로 사용하여 소멸 및 스펙터 기여를 제약하며, 다른 K*ρ 모드에 대한 예측을 가능하게 한다.
• 스핀 진폭을 통해 극화 분율(f_L, f_T)을 계산하며, f_T = f_∥ + f_⊥로 정의하고, BaBar 및 Belle의 실험 데이터와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 QCD 요법의 NLO 비가역적 보정이 B → K*φ 및 B → K*ρ 붕괴에서 관측된 큰 횡방향 극화를 설명할 수 있는가?
• RQ2 펜텀 소멸 및 스핀 의존성 효과적 윌슨 계수는 펜텀 지배 B → VV 붕괴에서 횡방향 극화를 증가시키는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 이전 연구에서 주장한 바와 같이 B → AV 및 B → AA 붕괴는 크게 억제되는가, 아니면 비가역적 기여로 인해 유의미한 분해율을 보이는가?
• RQ4 1P1 축성자 입자(예: b₁, K₁(1270))의 붕괴 상수 및 G-대칭 성질은 B → AV 및 B → AA 붕괴의 비율과 극화에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 어느 B → AA 모드들이 B-팩토리 실험에서 측정 가능한가, 그리고 축성자 입자 붕괴 상수와 혼합 각도를 조사하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 펜텀 지배 B → VV 붕괴에서 NLO 비가역적 보정은 음성 스핀 진폭을 종방향 진폭과 유사한 크기로 만들어, 횡방향 극화 분율 f_T를 약 1/2로 증가시켜 BaBar 및 Belle 데이터와 일치한다.
• B → VV 모드에서 큰 횡방향 극화를 달성하기 위해 펜텀 소멸 기여가 필수적이다. 이 기여 없이서는 비율과 f_T가 2~3배 정도 과소평가된다.
• B⁰ → K*⁰ρ⁻를 입력으로 사용하여 다른 B → K*ρ 모드의 분해율을 예측한 결과, 실험 측정치와 양호한 일치를 보였으며, 이는 이론적 프레임워크의 타당성을 검증한다.
• 1P1 메손의 작은 축성자 붕괴 상수(예: b₁)는 계층 구조 Γ(B⁰ → b₁⁻ρ⁺) ≪ Γ(B⁰ → b₁⁺ρ⁻) 및 Γ(B⁻ → b₁⁻ρ⁰) ≪ Γ(B⁻ → b₁⁰ρ⁻)를 통해 시험할 수 있으며, 이는 f_A(1P1)가 작을 경우 억제된다.
• 펜텀 지배 B → a₁K* 및 B → b₁K* 붕괴에서 a₁K* 모드는 횡방향 극화가 지배적( f_T ~ 0.5)이며, b₁K* 모드는 종방향 극화가 지배적( f_L ~ 0.5)이다.
• K₁(1270)K* 및 K₁(1400)K* 모드는 매우 작은 분해율(~10⁻⁸)을 가지나, K₁(1270)K*⁻ 및 K₁(1400)K*⁺는 유일한 AV 모드로서 약한 소멸 기여만 존재하므로, 소멸 역학의 민감한 탐지 수단이 될 수 있다.