[논문 리뷰] Exclusive Radiative Decays of B Mesons in QCD Factorization

Stefan W. Bosch|ArXiv.org|2002. 08. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 228인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 표준모형 내에서 $B\to V\gamma$ 및 $B\to\gamma\gamma$와 같은 배타적 복사 붕괴에 대한 QCD 인과성 프레임워크를 개발한다. 이는 미세한 하드 산란을 비미세한 경로 분포 함수로부터 체계적으로 분리하며, 강력한 억제된 흡수 기여가 계산 가능하다는 것을 증명하고, 비미세 입력의 오차 추정을 포함하여 브랜치 비율, CP 비대칭, 이소스핀 비대칭에 대한 다음 최고 순서 예측을 제공한다.

ABSTRACT

We discuss exclusive radiative decays in QCD factorization within the Standard Model. In particular, we consider the decays B -> V gamma, with a vector meson K* or rho in the final state, and the double radiative modes B_s -> gamma gamma and B_d -> gamma gamma. At quark level, all these decays are governed by the flavour-changing neutral-current b -> s gamma or b -> d gamma transitions, which appear at the one-loop level in the Standard Model. Such processes allow us to study CP violation and the interplay of strong and electroweak interactions, to determine parameters of the CKM matrix, and to search for New Physics. The exclusive decays are experimentally better accessible, but pose more problems for the theoretical analysis. The heavy-quark limit m_b >> Lambda_QCD, however, allows to systematically separate perturbatively calculable hard scattering kernels from nonperturbative form factors and universal light-cone distribution amplitudes. For the B -> V gamma decays we evaluate the leading Lambda_QCD/m_b contributions complete to next-to-leading order in QCD, including also QCD penguin operators. The double radiative B -> gamma gamma decays are analyzed with leading-logarithmic accuracy. We predict branching ratios, CP and isospin asymmetries, and estimate U-spin breaking effects for B -> K* gamma and B -> rho gamma. For the B -> gamma gamma decays we give numerical results for branching ratios and CP asymmetries.

연구 동기 및 목표

• QCD 인과성을 사용하여 배타적 복사 붕괴를 위한 모형 독립적이고 미세한 프레임워크를 개발하기 위해.
• B\to V\gamma$ 및 $B\to\gamma\gamma$ 붕괴에서 비미세 행렬 원소를 주로 계산하는 이론적 과제를 초월하여 주로 계산 가능한 기여를 다루기 위해.
• 하드 정점 및 스裴어터 기여에 대한 QCD의 다음 최고 순서 보정을 계산하기 위해, QCD 펜싱 연산자 포함.
• 약한 흡수 위상도가 강력하게 억제됨에도 불구하고 $B\to V\gamma$에서 계산 가능하고 수치적으로 중요한지 평가하기 위해.
• 주로 로그 정확도를 사용하여 $B\to\gamma\gamma$ 및 $D\to\gamma\gamma$ 붕괴에서의 CP 비대칭과 장거리 기여를 추정하기 위해.

제안 방법

• 중량 쿼크 근사 $m_b \gg \Lambda_{\text{QCD}}$ 에서 QCD 인과성을 적용하여 하드 산란 커널과 일반적인 경로 분포 함수를 분리한다.
• $\Lambda_{\text{QCD}}/m_b$ 의 파워 카운팅을 사용하여 주 및 보조 기여를 식별하고 체계적인 전개를 가능하게 한다.
• $B\to V\gamma$ 붕괴에서 하드 정점 및 하드 스裴어터 기여에 대한 QCD의 다음 최고 순서 보정을 평가하며, 현재-현재 및 QCD 펜싱 연산자를 포함한다.
• 약한 흡수 위상도가 주력에서 부드럽고 충돌성 발산이 없음을 증명하여, 강력한 억제에도 불구하고 계산 가능하다.
• $B\to\gamma\gamma$ 붕괴에 대한 주력에서의 인과성 공식을 유도하고, 한 입자 기여 불가분 도형에서 기인하는 파워 억제 기여를 계산한다.
• 윌슨 계수와 연산자 기저 변환을 사용하여 $b\to s\gamma$ 및 $b\to d\gamma$ 전이에 대한 효과적 해밀토니안을 매칭한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 약한 흡수 기여가 강력하게 억제됨에도 불구하고 $B\to V\gamma$ 붕괴에서 QCD 인과성 프레임워크 내에서 체계적으로 계산 가능한가?
• RQ2 QCD의 다음 최고 순서에서 $B\to V\gamma$ 붕괴에서 하드 스裴어터 및 하드 정점 보정의 역할은 무엇인가?
• RQ3 QCD 펜싱 및 현재-현재 연산자가 주력 및 그 이상에서 $B\to\gamma\gamma$ 붕괴 진폭에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 $B\to\gamma\gamma$ 붕괴의 예측 브랜치 비율과 CP 비대칭은 무엇이며, 비미세 입력에 얼마나 민감한가?
• RQ5 $B\to\gamma\gamma$ 및 $D\to\gamma\gamma$에서 장거리 기여는 어느 정도 QCD 인과성으로 추정 가능한가?

주요 결과

• 약한 흡수 기여는 $B\to V\gamma$에서 파워 억제되지만 주력에서 부드럽고 충돌성 발산이 없으며, QCD 인과성 내에서 계산 가능하다.
• 하드 스裴어터 보정, QCD 펜싱 기여 포함, $B\to V\gamma$ 붕괴에서 QCD의 다음 최고 순서로 계산된다.
• $B\to\gamma\gamma$ 붕괴에서 주력에서 기여하는 기여는 단일 도형에서 비롯되며, 한 입자 기여 불가분 도형에서 기인하는 파워 억제 기여도 계산 가능하다.
• $B\to K^{*}\gamma$ 및 $B\to\rho\gamma$에 대한 수치적 예측은 브랜치 비율, CP 비대칭, 이소스핀 비대칭과 함께 추정 오차를 포함한다.
• $B\to\gamma\gamma$에 대해 브랜치 비율과 CP 비대칭에 대한 수치적 결과를 제공하며, 주요 불확실성은 경로 분포 함수와 같은 비미세 입력 매개변수에서 기인한다.
• 분석은 $B\to\gamma\gamma$ 및 $D\to\gamma\gamma$에서 장거리 기여가 계산 가능하며 QCD 인과성 프레임워크를 통해 추정 가능하다는 것을 확인한다.