[논문 리뷰] Production of radially excited charmonium mesons in two-body nonleptonic Bc decays

I. Bediaga, J. H. Muñoz|arXiv (Cornell University)|2011. 02. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 인과성 가설 하에 ISGW2 쿼크 모형을 사용하여 두체 비전자 $B_c$ 붕괴가 반경운동자 상태($\eta_c(2S)$ 또는 $\psi(2S)$)와 경량 메손(P, V, A)로의 분해비를 계산한다. 분해비는 $10^{-3}$에서 $10^{-4}$ 수준이며, $B_c \to \psi'(2S)\rho^-$ 및 $B_c \to \psi'(2S)a_1^-$ 모드가 상대적으로 큰 붕괴율을 가지므로 LHCb에서의 관측에 가장 유망하다.

ABSTRACT

We have computed branching ratios of two-body nonleptonic B_c o X_{c\bar{c}}M decays, where X_{c\bar{c}} is the radially excited charmonium η_c(2S) or ψ(2S) meson, and M is a pseudoscalar (P) or a vector (V) or an axial-vector (A(^3P_1)) meson. We have assumed factorization hypothesis and calculated the form factors in the nonrelativistic ISGW2 quark model. We have found that some of these decays have branching ratios of the order of 10^{-3} - 10^{-4}.

연구 동기 및 목표

• 문헌에서 다루지 않은 두체 비전자 $B_c$ 붕괴를 반경운동자 상태($\eta_c(2S)$, $\psi(2S)$)와 경량 메손(P, V, A)로 체계적으로 연구한다.
• ISGW2 쿼크 모형에서의 상대론적 보정이 $B_c \to X_{c\bar{c}}(2S)M$ 붕괴의 형상인자와 분해비에 미치는 영향을 평가한다.
• 기존 이론적 프레임워크와 비교하여 배타적 $B_c$ 붕괴에서 상대론적 효과에 민감한 비율을 규명한다.
• 향후 LHCb 실험에서의 실험적 검증을 위한 기준 분해비를 제공한다.

제안 방법

• 트리 수준에서 전류-전류 연산자를 포함한 약한 효과 해밀토니안을 채택하며, 펜큐인 기여는 기대되는 억제로 인해 무시한다.
• 분리 가설을 적용하여 $B_c$ 붕괴 진폭을 $B_c \to X_{c\bar{c}}(2S)$ 및 $X_{c\bar{c}}(2S) \to M$ 전이 진폭으로 분리한다.
• ISGW2 쿼크 모형을 사용하여 $B_c \to \eta_c(2S)$ 및 $B_c \to \psi(2S)$ 전이의 형상인자를 계산하며, 이는 효과적 쿼크 간 상호작용 잠재력에 의해 상대론적 보정을 포함한다.
• ISGW2 모형의 상대론적 파동함수와 행렬원소를 사용하여 비전자 및 준전자 모드의 붕괴 진폭과 분해비를 계산한다.
• 다른 이론적 접근과 비교한다: 상대론적 쿼크 모형(EFG2003, CF2000, LT1997), QCD 합성 규칙(WL2008, kiselev2003), 비상대론적 ISGW 모형.
• 준전자 $B_c \to \psi'(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$ 붕괴에서 횡방향 및 종방향 붕괴 비율을 분석하여 극화 효과를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 반경운동자 상태($\eta_c(2S)$, $\psi(2S)$)와 경량 메손(P, V, A)로의 두체 비전자 $B_c$ 붕괴의 분해비는 무엇인가?
• RQ2 ISGW2 모형에서의 상대론적 보정은 비상대론적 또는 다른 상대론적 쿼크 모형에 비해 예측된 분해비에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 현재 광도와 예상되는 $B_c^+$ 생성 비율을 고려할 때, LHCb에서의 실험적 관측에 가장 유망한 붕괴 모드는 무엇인가?
• RQ4 다양한 이론적 프레임워크에서 $B_c \to \psi'(2S)l\bar{\nu}$와 $B_c \to \eta_c(2S)l\bar{\nu}$ 분해비의 비율은 어떻게 비교되는가?
• RQ5 $B_c \to \psi'(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$ 붕괴에서 $\tau$ 레프톤의 극화 구조(종방향 대 횡방향)는 어떠한가?

주요 결과

• $B_c^{-} \to \psi'(2S)\rho^{-}$의 분해비는 $2.1 \times 10^{-3}$로 예측되어 연구된 모드 중 가장 큰 값 중 하나이다.
• $B_c^{-} \to \psi'(2S)a_1^{-}$의 분해비는 모든 $B_c \to \psi'(2S)M$ 붕괴 중에서 가장 높으며, $2.1 \times 10^{-3}$이다.
• $B_c^{-} \to \eta_c(2S)\pi^{-}$의 분해비는 $1.2 \times 10^{-4}$이며, $\rho^-$ 및 $a_1^-$ 모드와 유사한 값이다.
• $B_c^{-} \to \psi'(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$와 $B_c^{-} \to \eta_c(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$의 분해비 비율은 11.5로 예측되며, kiselev2003에서 보고된 5보다 크게 높다.
• $B_c^{-} \to \psi'(2S)\tau\bar{\nu}_\tau$에서 종방향 및 횡방향 붕괴 비율은 각각 $8.2 \times 10^{-5}$와 $6.6 \times 10^{-5}$이며, 이로 인해 $\Gamma_T / \Gamma_L$ 비율은 0.8이다.
• ISGW2 모형은 다른 상대론적 쿼크 모형보다 훨씬 큰 분해비를 예측하여 $B_c$ 붕괴에서 무시할 수 없는 상대론적 효과가 있음을 시사한다.