[论文解读] CP Violation and Strong Phases from Penguins in $\bf B^{\pm} ightarrow PP$ and $\bf B^{\pm} ightarrow VP$ Decays

G. Krämer, William F. Palmer+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 30, 1994

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 28

一句话总结

本文通过不同强相互作用相位和CKM相位的振幅之间干涉，计算了带电B介子衰变到两个伪标量粒子（PP）及一个矢量粒子和一个伪标量粒子（VP）的直接CP破坏率不对称性。利用下一阶对数精度的QCD修正和单圈内比图贡献的微扰强相互作用相位，预测了某些PP和VP衰变道的不对称性可达20%，分支比在10⁻⁶量级，若实验观测到该现象，将提供直接CP破坏的明确信号。

ABSTRACT

We calculate direct CP-violating rate asymmetries in charged $B o PP$ and $B o VP$ decays arising from the interference of amplitudes with different strong and CKM phases. The perturbative strong phases develop at order $α_s$ from absorptive parts of one-loop matrix elements of the next-to-leading logarithm corrected effective Hamiltonian. CPT constraints are maintained. Based on this model, we find that partial rate asymmetries between charge conjugate $B^{\pm}$ decays can be as high as 20\% for certain channels with branching ratios in the $10^{-6}$ range. Because the $c\bar{c}$ threshold lies so close to the physical momentum scale, the asymmetries depend sensitively on the model assumptions used to evaluate the imaginary parts of the matrix elements, in particular, on the internal momentum transfer. The charge asymmetries of partial rates would provide unambiguous evidence for direct CP violation.

研究动机与目标

• 研究带电B介子衰变到两个伪标量末态（PP）或一个矢量与一个伪标量末态（VP）的直接CP破坏。
• 确定具有不同强相互作用相位和CKM相位的振幅之间干涉是否可产生可观测的CP破坏率不对称性。
• 评估不对称性对模型依赖性假设（特别是内比图中内部动量转移）的敏感性。
• 为利用非混合B±衰变中的部分率不对称性在B工厂中检验直接CP破坏提供理论框架。
• 与实验限制进行比较，识别未来最易观测的衰变道。

提出的方法

• 使用下一阶对数精度的QCD修正处理有效哈密顿量，包括内比算符的单圈矩阵元。
• 通过一阶微扰强相互作用相位（αs阶）的内比振幅虚部来评估，固定内部动量转移k² = m_b²/2。
• 应用CPT不变性约束和因子化近似，计算PP和VP末态的衰变振幅。
• 使用标准公式 a_CP = [Γ(B⁻→f) - Γ(B⁺→f̄)] / [Γ(B⁻→f) + Γ(B⁺→f̄]) 计算率不对称性，适用于共轭终态。
• 利用Bauer-Stech-Wirbel（BSW）模型估算分支比，并包含树图和内比图的贡献。
• 分析不对称性对k²的依赖性，以评估模型敏感性，参考Brodsky等人及Greub-Wyler模型的结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可通过可观测的率不对称性在B±→PP和B±→VP衰变中观测到直接CP破坏？
• RQ2 特定PP和VP衰变道的部分率不对称性最大可达到多大？预测的分支比是多少？
• RQ3 预测的不对称性对内比图中内部动量转移k²的假设值有多敏感？
• RQ4 哪些衰变道最有利于在B±衰变中实验观测到直接CP破坏？
• RQ5 结果与现有实验限制及其他理论模型相比如何？

主要发现

• 在B±→PP和B±→VP衰变中，某些末态的直接CP破坏率不对称性可达20%，分支比在10⁻⁶量级。
• 不对称性对所假设的内部动量转移k²值高度敏感，特别是在c c̄阈值附近，不同衰变道间表现出显著差异。
• 如B⁻→K̄*⁻+ω、B⁻→K̄*⁻+ρ⁰、B⁻→K̄*⁻+K̂*⁰和B⁻→ρ⁻+ω等通道表现出可观测的不对称性，预测可在B工厂中被观测到。
• B⁻→D⁻+D̄*⁰和B⁻→D̄*⁰+D⁻的不对称性几乎与k²无关，表明其对模型变化具有鲁棒性。
• 大多数通道的预测分支比在当前实验限制范围内，其中三个模式（K⁰π⁺、K*⁰π⁺、K⁺π⁰）接近最新实验边界。
• 该模型提供了一致的框架，保持CPT不变性，并对树图和内比图贡献均包含NLO QCD修正，优于以往处理方法。