[논문 리뷰] Semileptonic $B- o p\bar{p} \ell-\bar{ u}_\ell$ decays

Chao-Qiang Geng, Y. K. Hsiao|arXiv (Cornell University)|2011. 07. 05.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 53인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 pQCD 기반의 형상 인자들을 $ar{B} \to \bar{p}pM$ 붕괴에서 유도하여 표준모형 내에서 $B^- \to \bar{p}p\ell\bar{\nu}_\ell$의 배제적 사체 반탄성 붕괴를 조사한다. 전자, μ, τ에 대해 각각 $(1.04 \pm 0.26) \times 10^{-4}$, $(1.04 \pm 0.24) \times 10^{-4}$, $(0.46 \pm 0.11) \times 10^{-4}$의 분해비율을 예측하며, 이는 이전의 포함적 추정치보다 크게, Belle과 BaBar B-팩토리에서 관측 가능한 수준이다.

ABSTRACT

We study the four-body exclusive semileptonic baryonic $\bar B$ decays of $B^- o p\bar p \ell^- \bar u_{\ell}$ ($\ell=e,\mu, au$) in the standard model. We find that their decay branching ratios are about $(1.0, 1.0,0.5) imes 10^{-4}$, respectively. In particular, the electron mode is close to the corresponding CLEO's upper limit of $5.2 imes 10^{-3}$, while all results are about one or two orders of magnitude larger than the previous estimated values for the inclusive modes of $\bar B o {\bf B\bar B'}\ell \bar u$. Clearly, both B-factories of Belle and BaBar should be able to observe these exclusive four-body modes.

연구 동기 및 목표

• 표준모형 내에서 $B^- \to \bar{p}p\ell\bar{\nu}_\ell$의 배제적 사체 반탄성 붕괴 분해비율을 계산하기 위해.
• $ar{B} \to \bar{p}pM$ 모드 데이터를 사용하여 $ar{B} \to \bar{p}p$ 전이 형상 인자들이 이러한 붕괴에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• Belle, BaBar 및 향후 B-팩토리에서 이러한 붕괴를 관측할 수 있는지 실험적 가능성을 평가하기 위해.
• 표준모형을 초월한 새로운 물리 현상에 민감한 각도 분포의 민감도를 탐색하기 위해.

제안 방법

• b \to u\ell\bar{\nu}_\ell 전이에 대한 효과적 해밀토니안을 사용하며, 인자화된 진폭 $A \propto \langle \bar{p}p|\bar{u}\gamma^\mu(1-\gamma^5)b|B\rangle \bar{\ell}\gamma_\mu(1-\gamma^5)\nu_\ell$를 적용한다.
• $\bar{B} \to \bar{p}p$ 전이 형상 인자를 다섯 개의 로렌츠 불변 항구조로 표현하며, $g_i$ 및 $f_i$ 성분을 포함한다.
• 세제곱 거듭제곱 법칙 $f_i = Df_i / t^n$, $g_i = Dg_i / t^n$을 갖는 pQCD 수량 규칙를 적용하며, 여기서 $t = m_{\bar{p}p}^2$이다.
• $\bar{B} \to \bar{p}pM$ 붕괴 데이터를 사용하여 형상 인자 상수 $D_{||}$ 및 $D_{||}^{(j)}$를 피팅한다.
• 운동량 변수 $s = m_{\ell\bar{\nu}}^2$, $t = m_{\bar{p}p}^2$, $\theta_B$, $\theta_L$, $\phi$를 사용하여 다섯 차원의 전체 위상공간에 대해 통합한다.
• 위상공간 측도와 스핀 합성 진폭 제곱을 사용하여 붕괴 폭을 계산한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형 내에서 배제적 사체 반탄성 붕괴 $B^- \to \bar{p}p\ell\bar{\nu}_\ell$의 예측 분해비율은 무엇인가?
• RQ2 $\bar{B} \to \bar{p}p$ 전이 형상 인자는 붕괴 진폭과 분해비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이 붕괴들은 현재 및 향후 Belle과 BaBar와 같은 B-팩토리에서 관측 가능한가?
• RQ4 $B^- \to \bar{p}p\ell\bar{\nu}_\ell$의 각도 분포는 표준모형을 초월한 새로운 물리 현상을 드러낼 수 있는가?
• RQ5 다양한 형상 인자 성분($g_1, g_2, f_1, f_2$ 등)이 붕괴 진폭에 기여하는 정도는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 전자 모드인 $B^- \to \bar{p}p e^- \bar{\nu}_e$의 분해비율은 $(1.04 \pm 0.26 \pm 0.12) \times 10^{-4}$로 예측되며, 이는 CLEO의 상한값인 $5.2 \times 10^{-3}$보다 훨씬 낮다.
• μ 모드인 $B^- \to \bar{p}p \mu^- \bar{\nu}_\mu$의 분해비율은 $(1.04 \pm 0.24 \pm 0.12) \times 10^{-4}$로 전자 모드와 유사하다.
• τ 모드인 $B^- \to \bar{p}p \tau^- \bar{\nu}_\tau$의 분해비율은 $(0.46 \pm 0.11 \pm 0.05) \times 10^{-4}$로, τ 레프톤의 질량으로 인해 상당히 작다.
• 진폭에 대한 주요 기여는 큰 $|D_{||}| \approx 280$ GeV$^5$와 운동량 의존성으로 인해 증폭된 $g_2$ 및 $f_2$ 형상 인자에서 비롯된다.
• $\sigma^{\mu\nu}p_\nu$에 비례하는 $g_2$ 및 $f_2$ 항이 $g_1$ 및 $f_1$에 비해 크기로 크게 우세하여 지배적이다.
• $\ell\bar{\nu}_\ell$ 시스템의 각도 분포 비대칭성 $A_{\theta_L} = 0.59$는 $(V+A)$ 전류와 같은 새로운 물리 현상에 민감하며, 이는 가상의 $W^*$의 스핀 상태를 변화시킬 수 있다.