[논문 리뷰] Long distance effects on the $B \ o X_{s} \\gamma$ photon energy spectrum

Changhao Jin|arXiv (Cornell University)|1999. 01. 01.

Nuclear Physics and Applications참고 문헌 1인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 빛의 경로 전개와 중량 쿼크 효과 이론(HQET)을 사용하여 포함형 B→Xsγ 붕괴에서 광자 에너지 스펙트럼에 대한 장거리 QCD 효과를 계산한다. 고에너지 광자 영역에서 주로 기여하는 비파erturbative 기여로 b-쿼크 분포 함수를 특정하고, 이 분포 함수가 포함형 방사성 붕괴와 준탄성 B 붕괴 간에 보편적임을 입증하여, 하드론적 불확실도가 1퍼센트 미만이 되는 모델에 종속되지 않는 |Vts| 추정을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We compute long distance effects on the photon energy spectrum in inclusive radiative decays of $B$ mesons using light-cone expansion and heavy quark effective theory. We show that for sufficiently high photon energy the leading nonperturbative QCD contribution is attributed to the distribution function. The distribution function is found to be universal in the sense that the same distribution function also encodes the leading nonperturbative contribution to inclusive semileptonic decays of $B$ mesons at large momentum transfer. Some basic properties of the distribution function are deduced in QCD. Ways of extracting the distribution function directly from experiment and their implications are discussed. The theoretically clean methods for the determination of $|V_{ts}|$ are described.

연구 동기 및 목표

• 포함형 B→Xsγ 붕괴에서 광자 에너지 스펙트럼에 대한 장거리 QCD 기여를 엄밀하게 계산하는 것.
• 고에너지 광자 영역에서 주요 비파erturbative QCD 효과를 특정하고, 이를 b-쿼크 분포 함수와 연결하는 것.
• 이 분포 함수가 포함형 방사성 붕괴와 준탄성 B 붕괴 간에 보편적임을 입증하는 것.
• 하드론적 불확실도를 최소화하여 |Vts| 추출을 위한 теор리적으로 깔끔한 방법을 제안하는 것.
• 이론적 정밀도 향상과 새로운 물리학 탐색을 위해 B→Xsγ 및 B→Xfℓν 스펙트럼으로부터 분포 함수를 직접 실험적으로 추출할 수 있도록 하는 것.

제안 방법

• 포함형 B 붕괴에서 비파erturbative QCD 효과를 체계적으로 다루기 위해 빛의 경로 전개와 중량 쿼크 효과 이론(HQET)을 사용한다.
• 고에너지 Eγ 영역에서 광자 스펙트럼에 대한 주요 비파erturbative 기여로 b-쿼크 분포 함수 f(ξ)를 특정한다.
• 연산자 곱 전개와 HQET를 적용하여 f(ξ)의 평균과 분산을 계산하고, 자유 쿼크 근사에서의 이격도를 정량화한다.
• f(ξ)의 게이지 불변성, 양수성, 단위 정규화를 입증하고, 지지역역이 [0,1]임을 확인한다.
• B→Xsγ 및 B→Xfℓν 붕괴에서 측정된 dΓ/dξ+로부터 f(ξ)를 직접 실험적으로 추출할 수 있는 방법을 제안한다.
• 정규화 또는 비율을 이용해 f(ξ) 의존성을 상쇄시키는 이론적 방법을 도출하여, 하드론적 불확실도를 ~1%로 감소시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 광자 영역에서 B→Xsγ 광자 에너지 스펙트럼에 대한 주요 비파erturbative QCD 기여는 무엇인가?
• RQ2 b-쿼크 분포 함수 f(ξ)는 B 메손의 구조와 비파erturbative QCD와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ3 f(ξ)는 포함형 방사성 붕괴와 준탄성 B 붕괴 간에 어느 정도 보편적인가?
• RQ4 B→Xsγ 및 B→Xfℓν 스펙트럼의 실험 데이터로부터 f(ξ)를 직접 추출할 수 있는가?
• RQ5 f(ξ) 보편성을 활용하여 하드론적 불확실도를 최소화하면서 |Vts|를 어떻게 결정할 수 있는가?

주요 결과

• 고에너지 Eγ 영역에서 B→Xsγ 광자 스펙트럼에 대한 주요 비파erturbative QCD 기여는 b-쿼크 분포 함수 f(ξ)이다.
• 분포 함수 f(ξ)는 보편적이다: 큰 운동량 전달 영역에서 포함형 방사성 붕괴와 준탄성 B 붕괴 모두에서 주요 비파erturbative 기여를 지배한다.
• f(ξ)는 게이지 불변성, 양수성, 단위 정규화를 만족하며, 지지역역이 [0,1]이며, 자유 쿼크 근사에서 ffree(ξ) = δ(ξ−mb/MB)이다.
• 연산자 곱 전개와 HQET를 통해 f(ξ)의 평균과 분산을 계산하여, 델타 함수에서의 이격도를 정량화하였다.
• 정규화 또는 비율을 이용해 f(ξ) 의존성을 상쇄시키는 이론적 방법을 제안하여, 하드론적 불확실도를 약 1%로 감소시켰다.
• B→Xsγ 및 B→Xfℓν 스펙트럼으로부터 f(ξ)를 직접 실험적으로 추출하는 것은 가능하며, 이는 이론적 정밀도 향상과 새로운 물리학 감지 능력 향상에 크게 기여할 것이다.