[논문 리뷰] Weak decays of Heavy mesons

Saša Prelovšek|ArXiv.org|2000. 10. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 19

한 줄 요약

이 박사학위논문은 표준모형을 초월한 새로운 물리학을 위한 탐사수단으로서 무거운 메손 붕괴에서의 색다른 중성미가 변화하는 전류(FCNC)를 연구한다. 특히 c → uγ 및 c → ul+l− 전이를 중심으로 다루며, 무거운 쿼크 효과이론과 치랄 양자역학 이론을 융합한 하이브리드 모델을 사용하여 Bc → B∗uγ의 분열비를 약 10⁻⁸로 예측한다. 이는 새로운 물리학 탐지에 민감한 채널로 규명되었으며, D 메손 붕괴에서의 장거리 기여를 분석함으로써 관측 가능성을 높였다.

ABSTRACT

I explore the possibility of using heavy meson decays as probes for flavour changing neutral transitions (FCNC) $c o uγ$ and $c o ul^+l^-$. In the standard model, these are the most frequent FCN transitions among the quarks with charge $2/3e_0$. I predict the short and long distance contributions to the relevant heavy meson decays within the standard model and explore their sensitivity to different scenarios of physics beyond the standard model. The rare $B_c o B_u^*γ$ decay is proposed as the most suitable case study of the $c o uγ$ transition and is studied with the ISGW model. Its detection at the branching ratio much higher than $10^{-8}$ would signal new physics. Weak decays of charm mesons to a light meson and a photon or a charged lepton pair are also studied for this purpose. Their probabilities are found to be dominated by the long distance contributions and raise our hopes that they may be detected soon. A window of opportunity to probe the $c o ul^+l^-$ transition is found in the decay $D o πl^+l^-$, at the kinematical region of high di-lepton mass. In order to study the charm meson decays, I adapt the Heavy Meson Chiral Lagrangian approach and demonstrate for its applicability by predicting the charm meson nonleptonic decay rates.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 새로운 물리학을 위한 민감한 탐지수단으로서 색다른 중성미가 변화하는 전류(FCNC) c → uγ 및 c → ul+l− 전이를 탐색하는 것.
• 무거운 메손 붕괴에서의 짧은 거리 및 장거리 기여를 정량화하는 것, 특히 Bc → B∗uγ 및 D 메손 붕괴에서의 경우.
• 비레프톤 붕괴를 위해 중성자 효과이론과 치랄 양자역학 이론을 융합한 하이브리드 모델을 개발하고 적용하는 것.
• 약한 붕괴에서 장거리 기여를 포함시키기 위한 게이지 불변 프레임워크를 제안하는 것.
• 특히 고이온질량 영역에서 새로운 물리학에 대해 민감도가 높은 실험적으로 접근 가능한 붕괴 채널을 특정하는 것.

제안 방법

• Bc → B∗uγ의 붕괴 진폭을 계산하기 위해 Isgur-Scora-Grinstein-Wise(ISGW) 모델을 사용한다.
• 카라 메손 붕괴에서 중성자 효과이론 프레임워크를 사용하여 하이브리드 효과 이론 프레임워크를 적용한다. 이는 중성자 효과 대칭성과 치랄 양자역학 이론을 융합한다.
• 스칼라 및 벡터 메손에 대해 강한 상호작용, 전자기 상호작용, 약한 상호작용을 포함하는 무거운 메손 치랄 라그랑지안을 구성한다.
• 전자기 게이지 불변성을 보장하기 위해 무거운 쿼크가 경량 반쿼크와 결합된 효과 이론 약한 전류를 유도한다.
• 요약 근사와 효과 연산자의 재정규화 그룹 진화를 통해 짧은 거리 기여를 계산한다.
• 중간 상태 공진 상태와 비공진 펜싱 다이어그램을 통해 장거리 기여를 분석하며, 적절한 정점 구성으로 게이지 불변성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형에서 억제된 비율을 지닌 Bc → B∗uγ에서의 c → uγ 전이가 새로운 물리학을 위한 청소년 탐지수단으로 사용될 수 있는가?
• RQ2 표준모형에서 Bc → B∗uγ의 분열비는 얼마이며, 새로운 물리학에 의해 증폭될 수 있는가?
• RQ3 D → P l+l− 및 D → V l+l− 붕괴에서 장거리 기여가 지배하는 이유는 무엇이며, 고이온질량 영역에서 관측 가능할 수 있는가?
• RQ4 중성자 효과이론과 치랄 효과이론을 융합한 하이브리드 모델이 캐러드 메손의 비레프톤 붕괴율을 신뢰성 있게 예측할 수 있는가?
• RQ5 FCNC 붕괴에서 장거리 기여를 명백한 게이지 불변성으로 통합할 수 있는가?

주요 결과

• 표준모형에서 Bc → B∗uγ의 분열비는 약 10⁻⁸ 수준으로 예측되며, 이는 더 높은 비율로 관측될 경우 새로운 물리학 탐지에 가장 적합한 후보로 간주된다.
• D → P l+l− 및 D → V l+l− 붕괴에서 장거리 기여가 지배적이며, 특히 고이온질량 영역에서 관측 가능성이 높아져 실험적 관측에 유리한 창을 제공한다.
• 고(플러스 + 플러스)² 영역에서 D → πl+l− 붕괴는 c → ul+l− 전이에 대해 민감도가 높아져 새로운 물리학 탐색에 유망한 채널로 제안된다.
• 중성자 효과이론과 치랄 효과이론을 융합한 하이브리드 모델은 대칭성의 일관성을 유지하면서 캐러드 메손의 비레프톤 붕괴율을 성공적으로 예측한다.
• 효과 전류 구성의 일관성으로 인해 전자기 게이지 대칭성이 유지되는 방식으로 장거리 기여의 게이지 불변 표현이 달성되었다.
• 장거리 기여의 영향이 최소화되고 짧은 거리 진폭이 계산 가능한 점을 감안할 때, Bc → B∗uγ는 c → uγ FCNC 전이를 탐색하기에 가장 적합한 과정으로 규명되었다.