[논문 리뷰] Radiative Transitions in Heavy Mesons in a Relativistic Quark Model

J. L. Goity, Winston Roberts|arXiv (Cornell University)|2000. 12. 22.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 1인용 수 25

한 줄 요약

이 논문은 경량 쿼크의 비정상 자기모멘트(κ⁰ ≈ 0.5)가 실험적 분지 비율을 재현하는 데 필수적이며, D-메손 붕괴에서 특히 두드러진 상대론적 보정이 작용하는 반면, B-메손 너비는 덜 민감하지만 여전히 무시할 수 없는 1/mQ 항의 영향을 받는다. 상대론적 칼라-쿼크 모형을 사용하여 무거운 메손에서의 복사 전이를 조사한다. 이 모형은 경량 및 무거운 쿼크의 전자기 전류를 모두 포함한다.

ABSTRACT

The radiative decays of $D^*$, $B^*$, and other excited heavy mesons are analyzed in a relativistic quark model for the light degrees of freedom and in the limit of heavy quark spin-flavor symmetry. The analysis of strong decays carried out in the corresponding chiral quark model is used to calculate the strong decays and determine the branching ratios of the radiative $D^*$ decays. Consistency with the observed branching ratios requires the inclusion of the heavy quark component of the electromagnetic current and the introduction of an anomalous magnetic moment for the light quark. It is observed that not only $D$, but also $B$ meson transitions within a heavy quark spin multiplet are affected by the presence of the heavy quark current.

연구 동기 및 목표

• 상대적으로 억제된 위상공간에 의해 억제되는 복사 전이, 예를 들어 D*→Dγ와 같은 중량 메손에서의 복사 전이를 이해하기 위해.
• 특히 D-메손 영역 내에서 상대론적 효과와 1/mQ 보조항 보정의 역할을 조사하기 위해.
• 강한 붕괴가 위상공간 억제를 받는 경우, 여기 상태인 Ds 및 Bs 메손의 복사 붕괴 너너와 분지 비율을 예측하기 위해.
• 경량 쿼크의 비정상 자기모멘트가 복사 전이 진폭에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• 강한 붕괴가 억제된 궤도적으로 여기 상태인 중량 메손에 대해 전자기 붕괴가 주된 붕괴 모드로 가능한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 강한 붕괴에 이전에 사용된 동일한 잠재력과 구성 쿼크 질량을 사용하는 상대론적 칼라-쿼크 모형을 채택한다.
• 경량 쿼크(Jμq)와 무거운 쿼크(JμQ)의 별개 기여를 포함한 전자기 전류를 포함하며, 경량 쿼크에 비정상 자기모멘트를 포함한다.
• 쿼크-광자 결합을 모델링하기 위해 전류 Jμ = eq̄q(γμ + (1/Λ)σμν∂↔ν)q + eQ̄Qγμ를 사용하며, 여기서 Λ = 2m̃q/κq이다.
• 하중 쿼크 효과 이론(HQET)을 사용하여, 특히 D*→Dγ 전이에서의 1/mQ 보조항 보정을 분석한다.
• 모체 메손의 정지 프레임에서 전이 행렬 원소를 통해 복사 붕괴 너너를 계산하며, 속도에 의존하는 항을 사용한다.
• 자기 일관된 상대론적 결합 상태 문제를 해결하며, 결과는 경량 쿼크의 비정상 자기모멘트(κq)의 값에 민감하다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 D* 메손의 복사 붕괴에서 상대론적 효과와 1/mQ 보조항 보정의 역할은 무엇인가?
• RQ2 경량 쿼크의 비정상 자기모멘트(κq)는 D* 및 Ds* 메손의 복사 분지 비율에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 왜 일부 여기 상태 중량 메손(예: Ds*, Bs*)에서는 강한 붕괴가 위상공간 억제되지만 복사 붕괴가 지배적인가?
• RQ4 어느 정도의 기여를 전자기 붕괴가 궤도적으로 여기 상태인 Ds 및 Bs 메손의 총 너너에 기여하는가?
• RQ5 예측된 복사 너너는 문헌에 있는 실험 상한선과 이론 모델과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 관측된 D*→Dγ 분지 비율 38.1%를 재현하기 위해 경량 쿼크의 비정상 자기모멘트는 κq ≈ 0.5여야 하며, κq = 0.55일 때 D*0의 분지 비율은 38.1%가 된다.
• κq = 0.55일 때 D*0의 복사 너너는 75 keV로 예측되며, 이는 실험적 상한선 2 MeV와 일치한다.
• B*0의 복사 너너는 κq = 0일 때 40 eV, κq = 0.55일 때 244 eV로 예측되며, B*+의 너너는 약 2–3배 더 크다.
• Ds*의 경우 복사 너너는 κq = 0일 때 107 eV, κq = 0.45일 때 175 keV, κq = 0.55일 때 341 keV로 예측되며, 이는 BR(Ds*→Dsγ) ≈ 94%를 의미한다.
• BR(Ds*→Dsπ⁰) × BR(D*+→D+γ)의 곱은 약 2×10⁻³로 예측되며, 이는 [19]에서의 8×10⁻⁵ 추정보다 크게, 실험 값 6.4×10⁻⁴과 일치한다.
• 내부 다중체 복사 너너는 무시할 만큼 작지만, 강한 붕괴가 위상공간 억제되는 Ds 및 Bs 메손의 (0⁺,1⁺) 이중체 상태는 수십 keV의 너너를 예측한다.