[논문 리뷰] Exclusive and Inclusive Decays of the B_c Meson in the Light-Front ISGW Model

A. Yu. Anisimov, P. Yu. Kulikov외 2명|ArXiv.org|1998. 09. 03.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 ISGW 형식에 기반한 상대론적 빛의 전면 쿼크 모델을 사용하여 $B_c$ 메손의 배제적 및 포함적 반입자형 및 비반입자형 붕괴를 계산한다. 이는 $\tau_{B_c} = 0.63 \pm 0.02~\text{ps}$의 $B_c$ 수명을 예측하며, 비상대론적 양자 색역학 추정치와 양호한 일치를 보이고, $B_c^+ \to J/\psi\mu^+\nu_\mu$ (1.7\%), $B_c^+ \to J\psi\pi^+$ (0.1\%), 및 $B_c^+ \to J/\psi~X$ (13.2\%)와 같은 주요 붕괴 모드의 분해율을 제공한다.

ABSTRACT

We investigate the total decay rate of the (ground state) $B_c$ meson within the framework of the relativistic constituent quark model formulated on the light-front (LF). The exclusive semileptonic (SL) and nonleptonic (NL) beauty and charm decays of the $B_c$ meson are described through vector and axial hadronic form factors, which are calculated in terms of the overlap of the parent and daughter LF wave functions. The latters are derived via the Hamiltonian LF formalism using as input the update version of the ISGW model. The inclusive SL and NL partial rates are calculated within a convolution approach inspired by the partonic model and involving the same $B_c$ wave function which is used for evaluation of the exclusive modes. We predict the partial rates for 74 exclusive SL and NL channels and 43 inclusive partial rates corresponding to the underlying $\bar{b} o \bar{c}$ and $c o s$ quark decays. Based on our approach we find $Γ^{\bar{b}}(B_c)= 0.52 \pm 0.02 ps^{-1}$, $Γ^{c}(B_c)= 0.98 \pm 0.07 ps^{-1}$, where the theoretical uncertainty is dominated by the uncertainty in the choice of the threshold values at which the hadron continuum starts. For the $B_c$ lifetime we obtain $τ_{B_c}= 0.63 \pm 0.02 ps$ in a good agreement with the prediction obtained using the nonrelativistic operator product expansion. We also predict decay rates for many specific weak transitions of $B_c$. In particular, for the branching fractions of the $B^+_c o J/ψμ^+ν_μ$, $B_c^+ o J/ψπ^+$ and $B_c^+ o J/ψ+X $ decays we obtain 1.7%, 0.1 % and 13.2%, respectively.

연구 동기 및 목표

• 상대론적 빛의 전면 쿼크 모델을 사용하여 $B_c$ 메손의 총 붕괴율과 분해율을 계산하는 것.
• 빛의 전면 파동함수의 겹침을 통한 배제적 반입자형 및 비반입자형 붕괴를 기술하는 것.
• 유사한 $B_c$ 파동함수와 형태 함수를 포함하는 콘volution 형식을 사용하여 포함적 붕괴율을 계산하는 것.
• CDF 및 LHC의 실험 데이터, 특히 $B_c$ 질량과 수명에 대해 이론적 예측을 비교하는 것.
• 결합 상태 효과 및 임계 조건 선택에 기인한 이론적 불확실성의 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 빛의 전면 해밀토니안 형식을 사용하여 $\bar{b}$ 및 $c$ 쿼크의 결합 상태로 $B_c$ 메손을 기술한다.
• 업데이트된 ISGW 쿼크 모델의 버전에서 빛의 전면 파동함수를 유도한다.
• 부모 및 딸 메손의 빛의 전면 파동함수의 겹침 적분을 통해 배제적 붕괴 형상인자를 계산한다.
• 동일한 $B_c$ 파동함수와 형태 함수를 포함하는 콘볼루션 형식을 사용하여 포함적 붕괴율을 계산한다.
• 차별 붕괴율 표현식에 $J$-인자로 비가환 양자 색역학 보정을 적용한다.
• 중량 쿼크 한계에서 Isgur-Wise 함수를 기준으로 하되, 유한한 쿼크 질량 보정을 포함한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 상대론적 빛의 전면 쿼크 모델 내에서 $B_c$ 메손의 배제적 반입자형 및 비반입자형 붕괴율은 무엇인가?
• RQ2 이론적 예측된 $B_c$ 수명과 분해율은 CDF 및 LHC의 실험 측정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 결합 상태 효과와 파동함수 구조는 $B_c$ 붕괴 폭과 분해율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 포탄 모델 및 비상대론적 양자 색역학에 비해 $B_c$의 포함적 붕괴율은 어떻게 비교되는가?
• RQ5 $B_c$ 파동함수는 배제적 및 포함적 붕괴율을 결정하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• $\bar{b} \to \bar{c}$ 전이의 총 붕괴율은 $\Gamma^{\bar{b}}(B_c) = 0.52 \pm 0.02~\text{ps}^{-1}$로 예측된다.
• $c \to s$ 전이의 총 붕괴율은 $\Gamma^{c}(B_c) = 0.98 \pm 0.07~\text{ps}^{-1}$로 예측되며, 임계 조건 선택에 기인한 이론적 불확실성에 의해 지배된다.
• $B_c$ 수명은 $\tau_{B_c} = 0.63 \pm 0.02~\text{ps}$로 예측되며, 비상대론적 연산자 곱 전개 결과와 일치한다.
• $B_c^+ \to J/\psi\mu^+\nu_\mu$의 분해율은 1.7\%로 예측되며, ALEPH의 관측과 일치한다.
• $B_c^+ \to J/\psi\pi^+$의 분해율은 0.1\%로 예측되며, 위상공간과 CKM 억제에 기인한 낮은 비율과 일치한다.
• $B_c^+ \to J/\psi~X$의 포함적 붕괴율은 13.2\%로 예측되어 비공진 상태 기여가 상당히 크다는 것을 시사한다.