[논문 리뷰] Strange Axial-vector Mesons in D Meson Decays

Peng-Fei Guo, Dongfang Wang외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 01. 29.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 인과성 축성자성 메존 $K_1(1270)$ 와 $K_1(1400)$ 의 성질을 $D^0$ 메손 붕괴를 통해 연구하며, 특히 $D^0 \to K^+K^-\rho K$ 와 $D^0 \to K^+K^-\bar{K}^{*0}\rho$ 를 요소로 삼아 요약 접근법을 사용한다. 연구 결과, $K_1(1270)$ 붕괴의 실험 데이터는 좁은 너비 근사와 $CP$ 보존 조건 하에서 기대되는 등식 관계를 위반하며, 이는 그 브랜치 분율이 약수 10배 정도 과대평가되었을 가능성을 시사한다. 반면 $K_1(1400)$ 의 브랜치 분율은 예측과 유사하여 혼합 각도가 약 $45^\circ$ 에 가까운 것을 지지한다.

ABSTRACT

The nature of strange axial-vector mesons are not well understood and can be investigated in $D$ meson decays. In this work, it is found that the experimental data of $D^0 ightarrow K^\pm K^\mp_1(1270)( o ρK \,\, ext{or}\,\,K^{*}π)$ in the $D^0 o K^+K^-π^+π^-$ mode, disagree with the equality relation under the narrow width approximation and $CP$ conservation of strong decays. Considering more other results of $K_1(1270)$ decays, the data of $\mathcal{B}(D^0 ightarrow K^-K^+_1(1270)( o K^{*0}π^+))$ is probably overestimated by one order of magnitude. We then calculate the branching fractions of the corresponding processes with $K_1(1400)$ in the factorization approach, and find $\mathcal{B}(D^0 ightarrow K^-K^+_1(1400)( o K^{*0}π^+))$ is comparable to the predicted $\mathcal{B}(D^0 ightarrow K^-K^+_1(1270)( o K^{*0}π^+))$ using the equality relation. Besides, we suggest to measure the ratios between $K_1(1270) o ρK$ and $K^*π$ or to test the equality relations in other $D$ meson decay modes.

연구 동기 및 목표

• 좁은 너비 근사와 $CP$ 보존 조건 하에서 기대되는 등식 관계와 실험적 $D^0 \to K^+K^-\rho K$ 와 $D^0 \to K^+K^-\bar{K}^{*0}\rho$ 붕괴 데이터의 일관성을 검토하기 위해.
• 측정된 브랜치 분율 $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 가 약수 10배 정도 과대평가되었을 가능성이 있는지 평가하기 위해.
• 요약 접근법을 사용하여 $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ 의 브랜치 분율을 계산하고, $K_1(1270)$ 의 예측과 비교하기 위해.
• 등식 관계를 검증하고 $K_1$ 혼합 각도를 제약 조건에 둘 수 있는 새로운 붕괴 비율 측정, 예를 들어 $K_1(1270)\to \rho K$ 와 $K^*\rho$ 의 비율을 제안하기 위해.

제안 방법

• 지배적인 국소 전류-전류 상호작용에 기반하여 $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ 의 브랜치 분율을 계산하기 위해 요약 접근법을 적용하기 위해.
• $K_1$ 혼합 각도 $\theta_{K_1}$ 를 사용하여 $K_1(1270)$ 와 $K_1(1400)$ 이 $^{3}P_1$ 와 $^{1}P_1$ 쿼크 모형 상태와 연결되도록 하기 위해.
• 좁은 너비 근사와 $CP$ 보존 조건에서 기대되는 등식 관계를 가정하여, $K_1(1400)$ 의 이론적 예측 브랜치 분율을 $K_1(1270)$ 의 실험 데이터와 비교하기 위해.
• cascading 붕괴 모드인 $D^0 \to K^+K^-\rho K$ 와 $D^0 \to K^+K^-\bar{K}^{*0}\rho$ 를 분석하여 브랜치 분율의 비율을 추출하기 위해.
• 실험적 데이터의 일관성 검증을 위해 비율 $\frac{\text{Br}(K_1(1270)\to \rho K)}{\text{Br}(K_1(1270)\to K^*\rho)} = \frac{1}{3}$ 을 기준선으로 사용하기 위해.
• 등식 관계를 검증하고 $K_1$ 혼합 각도를 제약 조건에 두기 위해 $D$ 붕괴에서의 새로운 붕괴 비율 측정을 제안하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실험적 데이터 $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 가 좁은 너비 근사와 $CP$ 보존 조건 하에서 기대되는 등식 관계와 일치하는가?
• RQ2 $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 의 측정된 브랜치 분율이 약수 10배 정도 과대평가되었는가?
• RQ3 $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ 의 브랜치 분율이 동일한 조건 하에서 $K_1(1270)$ 의 예측값과 유사한가?
• RQ4 $D$ 붕괴에서 $\text{Br}(K_1(1270)\to \rho K)/\text{Br}(K_1(1270)\to K^*\rho)$ 의 비율을 측정하여 등식 관계를 검증할 수 있는가?
• RQ5 $D$ 메손 붕괴를 통해 $K_1$ 혼합 각도 $\theta_{K_1}$ 에 대한 제약 조건은 무엇이며, 특히 $K_1(1270)$ 와 $K_1(1400)$ 붕괴 모드의 비율을 통해 어떻게 제약할 수 있는가?

주요 결과

• 보고된 브랜치 분율이 $7.3\pm0.8\pm1.9\%$ 인 $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 붕괴의 실험적 데이터는 좁은 너비 근사와 $CP$ 보존 조건 하에서 기대되는 등식 관계와 일관성이 없어, 진정한 값보다 약수 10배 정도 과대평가되었을 가능성이 높다.
• $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ 의 계산된 브랜치 분율은 $K_1(1270)$ 의 예측값과 크기적으로 유사하여, $K_1(1400)$ 이 이러한 붕괴에서 중요한 기여를 한다는 아이디어를 지지한다.
• $D^0 \to K^-\pi^+\pi^+\pi^-$ 붕괴 모드에서 $\mathcal{B}_{21}/\mathcal{B}_{22} = 4\eta/3$ 의 비율은 요약 접근법과 일관되며, 실험적으로 검증 가능한 예측을 제공한다.
• $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-\pi^0$ 모드에서 $\mathcal{B}_{11}/\mathcal{B}_{12} = \eta/3$ 와 $\mathcal{B}_{13}/\mathcal{B}_{14} = 4\eta/3$ 의 비율은 동일한 프레임워크에서 유도되었으며, 등식 관계를 실험적으로 검증하는 데 사용될 수 있다.
• 이 연구는 $D$ 붕괴에서 $\text{Br}(K_1(1270)\to \rho K)/\text{Br}(K_1(1270)\to K^*\rho)$ 의 비율을 측정함으로써 등식 관계를 직접 검증하고 $K_1$ 혼합 각도를 제약할 수 있음을 시사한다.
• 결과는 $\theta_{K_1} \sim 45^\circ$ 의 혼합 각도를 지지하며, 이는 상대론적 쿼크 모형과 일부 현상학적 분석과도 일치한다. 이는 $K_1(1400)$ 이 $^{1}P_1$ 상태에 대한 타당한 후보임을 시사한다.