[논문 리뷰] Studying Radiative Baryon Decays with the SU(3) Flavor Symmetry

Ru-Min Wang, Xiao-Dong Cheng외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 15.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 35인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 바닥 및 찰드 바리온을 포함한 복사 바리온 붕괴를 연구하기 위해 SU(3) 쿼크 대칭의 기저 표현 접근법을 적용하며, 단일 쿼크 전이와 W-교환 도형을 통해 다양한 붕괴 모드 간의 진폭 관계를 유도한다. 이는 이전에 측정되지 않은 붕괴인 Λ⁰_b→nγ 및 Ξ⁰_b→Λ⁰γ의 분해율을 예측하여 BESIII, LHCb, Belle-II 실험에서 검증 가능한 기준을 제시한다.

ABSTRACT

The weak and electromagnetic radiative baryon decays of octet $T_{8}$, decuplet $T_{10}$, single charmed anti-triplet $T_{c3}$ and sextet $T_{c6}$, single heavy bottomed anti-triplet $T_{b3}$ and sextet $T_{b6}$ are investigated by using SU(3) flavor symmetry irreducible representation approach. We analyze the contributions from a single quark transition $q_1 o q_2γ$ and $W$ exchange transitions, and find that the amplitudes could be easily related by SU(3) flavor symmetry in the $T_{b3,b6}$ weak radiative decays, $T_{c3,c6}$ weak radiative decays, $T_{10} o T_{8}γ$ weak decays, $T_{10} o T'_{10}γ$ weak decays and $T_{10} o T_{8}γ$ electromagnetic decays. Nevertheless, the amplitude relations are a little complex in the $T_{8} o T'_{8}γ$ and $T_{8} o T_{10}γ$ weak decays due to quark antisymmetry in $T_{8}$ and $W$ exchange contributions. Predictions for branching ratios of $Λ^{0}_b o nγ$, $Ξ^{-}_b o Ξ^-γ$, $Ξ^{-}_b o Σ^-γ$, $Ξ^{0}_b o Σ^0γ$, $Ξ^{0}_b o Λ^0γ$, $Ξ^{0}_b o Ξ^0γ$, $Ξ^{*} o Ξγ$, $Σ^{*0} o Σ^{0}γ$, $Δ^0 o nγ$ and $Δ^+ o pγ$ are given. The results in this work can be used to test SU(3) flavor symmetry approach in the radiative baryon decays by the future experiments at BESIII, LHCb and Belle-II.

연구 동기 및 목표

• SU(3) 쿼크 대칭을 사용하여 바닥 및 찰드 바리온의 약한 상호작용 및 전자기 복사 붕괴를 연구하기 위해.
• SU(3)의 기저 표현을 바탕으로 다양한 붕괴 모드 간의 진폭 관계를 유도하기 위해.
• 가용한 실험 데이터를 활용하여 측정되지 않은 복사 붕괴의 분해율을 예측하기 위해.
• 미래의 실험 측정을 통해 SU(3) 기저 표현 접근법이 복사 바리온 붕괴에서 타당한지 검증하기 위해.
• 붕괴 진폭에서 단일 쿼크 전이(예: b→sγ)와 W-교환 기여의 기여도를 구분하기 위해.

제안 방법

• 팔트, 십중, 그리고 무거운 바리온 다중체(각각 T_b3, T_b6, T_c3, T_c6)를 포함한 바리온 붕괴에 대해 SU(3) 기저 표현 진폭을 구성한다.
• SU(3) 쿼크 대칭을 적용하여 T_b3, T_b6, T_c3, T_c6, T₁₀→T₈γ 붕괴 전이에서 다양한 붕괴 모드 간의 붕괴 진폭을 연결한다.
• 특히 𝒫(Λ⁰_b→Λ⁰γ)와 같은 측정된 분해율을 사용하여 알려지지 않은 SU(3) 진폭을 추출하고 측정되지 않은 분해율을 예측한다.
• 특히 T₈→T′₈γ 및 T₁₀→T₈γ 붕괴에서 단거리(예: b→s/dγ)와 장거리(W-교환) 전이의 기여도를 구분한다.
• 쿼크 수준의 전이와 그 대칭 제약 조건을 모델링하기 위해 SU(3) 프레임워크 내에서 위상도 접근법을 적용한다.
• 효과적 해밀토니안의 군론적 분해와 SU(3) Clebsch-Gordan 계수를 사용하여 진폭 관계를 유도한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SU(3) 쿼크 대칭은 다양한 바리온 다중체 간 복사 붕괴의 진폭을 어떻게 연결할 수 있는가?
• RQ2 T₈→T′₈γ 및 T₁₀→T₈γ 붕괴에서 단일 쿼크 전이(예: b→sγ)와 W-교환 기여의 역할은 무엇인가?
• RQ3 SU(3) 기저 표현 접근법은 Σ⁰→nγ 및 기타 하이퍼온 붕괴의 현재 실험 데이터를 설명할 수 있는가?
• RQ4 Λ⁰_b→nγ 및 Ξ⁰_b→Λ⁰γ와 같은 측정되지 않은 복사 붕괴의 예측 분해율은 무엇인가?
• RQ5 전자기 붕괴 T₁₀→T₈γ의 예측은 기존 데이터 및 실험 감도와 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• Λ⁰_b→nγ의 분해율은 (1.25±0.13)×10⁻⁵로 예측되며, SU(3) 대칭 프레임워크와 일치한다.
• Ξ⁰_b→Λ⁰γ의 경우 예측 분해율은 (1.26±0.25)×10⁻⁵로, 향후 실험에서 검증 가능한 예측을 제공한다.
• 전자기 붕괴 Σ*⁰→Σ⁰γ의 분해율은 (1.57±0.31)×10⁻³로 예측되며, 현재 데이터와 일치한다.
• Σ*⁰→Λ⁰γ의 분해율은 (1.25±0.13)×10⁻²로 예측되며, 불확실성 범위 내에서 실험 관측과 일치한다.
• Ξ*⁻→Σ⁻γ 및 Ξ*⁰→Λ⁰γ의 상한은 10⁻⁴ 이하로 예측되어 매우 작은 분해율임을 시사한다.
• Δ⁺→pγ 붕괴의 분해율은 (8.36±3.68)×10⁻³로 예측되며, 대칭 제약 조건이 예측하는 순서수준과 일치한다.