[論文レビュー] Exclusive and Inclusive Decays of the B_c Meson in the Light-Front ISGW Model

A. Yu. Anisimov, P. Yu. Kulikov+2 more|ArXiv.org|Sep 3, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 26

ひとこと要約

この論文は、ISGW形式に基づく相対論的光界面クォーク模型を用いて、$B_c$ メソンの排他的および包含的半レプトンおよび非レプトン崩壊を計算している。$B_c$ の寿命は $ au_{B_c} = 0.63 ± 0.02~ ext{ps}$ と予測され、非相対論的QCDの推定値とよく一致しており、$B_c^+ \to J/\psi\mu^+\nu_\mu$（1.7\%）、$B_c^+ \to J/\psi\pi^+$（0.1\%）、$B_c^+ \to J/\psi~X$（13.2\%）といった主要な崩壊モードの分支比も提供している。

ABSTRACT

We investigate the total decay rate of the (ground state) $B_c$ meson within the framework of the relativistic constituent quark model formulated on the light-front (LF). The exclusive semileptonic (SL) and nonleptonic (NL) beauty and charm decays of the $B_c$ meson are described through vector and axial hadronic form factors, which are calculated in terms of the overlap of the parent and daughter LF wave functions. The latters are derived via the Hamiltonian LF formalism using as input the update version of the ISGW model. The inclusive SL and NL partial rates are calculated within a convolution approach inspired by the partonic model and involving the same $B_c$ wave function which is used for evaluation of the exclusive modes. We predict the partial rates for 74 exclusive SL and NL channels and 43 inclusive partial rates corresponding to the underlying $\bar{b} o \bar{c}$ and $c o s$ quark decays. Based on our approach we find $Γ^{\bar{b}}(B_c)= 0.52 \pm 0.02 ps^{-1}$, $Γ^{c}(B_c)= 0.98 \pm 0.07 ps^{-1}$, where the theoretical uncertainty is dominated by the uncertainty in the choice of the threshold values at which the hadron continuum starts. For the $B_c$ lifetime we obtain $τ_{B_c}= 0.63 \pm 0.02 ps$ in a good agreement with the prediction obtained using the nonrelativistic operator product expansion. We also predict decay rates for many specific weak transitions of $B_c$. In particular, for the branching fractions of the $B^+_c o J/ψμ^+ν_μ$, $B_c^+ o J/ψπ^+$ and $B_c^+ o J/ψ+X $ decays we obtain 1.7%, 0.1 % and 13.2%, respectively.

研究の動機と目的

• 相対論的光界面クォーク模型を用いて、$B_c$ メソンの全崩壊率および分支比を計算すること。
• 親および娘メソンの光界面波動関数の重なりを介して、排他的半レプトンおよび非レプトン崩壊を記述すること。
• 同じ $B_c$ 波動関数と形状関数を含む畳み込み形式を用いて、包含的崩壊率を計算すること。
• CDFおよびLHCの実験データ（特に $B_c$ の質量および寿命）と理論的予測を比較すること。
• $B_c$ 崩壊におけるしきい値の選択および束縛状態効果に起因する理論的不確実性を評価すること。

提案手法

• 光界面ハミルトニアン形式を用いて、$\bar{b}$ および $c$ クォークの束縛状態として $B_c$ メソンを定式化する。
• 更新されたISGWクォーク模型のバージョンから光界面波動関数を導出する。
• 母および娘メソンの光界面波動関数の重なり積分を用いて、排他的崩壊形因子を計算する。
• 同じ $B_c$ 波動関数と形状関数を含む畳み込み形式を用いて、包含的崩壊率を計算する。
• 微小なQCD補正を、微分崩壊率式における $J$-因子を通じて適用する。
• 重クォーク極限における参考関数としてのIsgur-Wise関数を用い、有限クォーク質量補正を加える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 相対論的光界面クォーク模型における $B_c$ メソンの排他的半レプトンおよび非レプトン崩壊率は何か？
• RQ2 理論的予測された $B_c$ の寿命および分支比は、CDFおよびLHCからの実験測定値とどのように一致するか？
• RQ3 束縛状態効果および波動関数構造は、$B_c$ 崩壊幅および分支比にどのような影響を与えるか？
• RQ4 包含的崩壊率は、部分的モデルおよび非相対論的QCDの結果とどのように比較できるか？
• RQ5 $B_c$ 波動関数は、排他的および包含的崩壊率を決定づける役割を果たすか？

主な発見

• $\bar{b} \to \bar{c}$ 遷移の全崩壊率は $\Gamma^{\bar{b}}(B_c) = 0.52 \pm 0.02~\text{ps}^{-1}$ と予測される。
• $c \to s$ 遷移の全崩壊率は $\Gamma^{c}(B_c) = 0.98 \pm 0.07~\text{ps}^{-1}$ であり、しきい値の選択による理論的不確実性が支配的である。
• $B_c$ の寿命は $\tau_{B_c} = 0.63 \pm 0.02~\text{ps}$ と予測され、非相対論的オペレータ積分展開の結果と一致する。
• $B_c^+ \to J/\psi\mu^+\nu_\mu$ の分支比は1.7\%と予測され、ALEPHの観測結果と整合的である。
• $B_c^+ \to J/\psi\pi^+$ の分支比は0.1\%と予測され、位相空間およびCKM抑制の期待される低レートと一致する。
• $B_c^+ \to J/\psi~X$ の包含的崩壊率は13.2\%と予測され、非共鳴状態の最終状態からの寄与が顕著であることが示唆される。