[論文レビュー] Long distance effects on the $B \ o X_{s} \\gamma$ photon energy spectrum

Changhao Jin|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 1999

Nuclear Physics and Applications参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、光線方向展開と重味クォーク効果理論（HQET）を用いて、包含的B→Xsγ崩壊における光子エネルギースペクトルにおける長距離QCD効果を計算する。高エネルギー光子領域における主要な非摂動的寄与としてbクォーク分布関数を同定し、包含的放射性および半レプトン的B崩壊の間でその普遍性を確立することで、ハドロン的不確かさが1%未塔のモデルに依存しない|Vts|の抽出が可能になる。

ABSTRACT

We compute long distance effects on the photon energy spectrum in inclusive radiative decays of $B$ mesons using light-cone expansion and heavy quark effective theory. We show that for sufficiently high photon energy the leading nonperturbative QCD contribution is attributed to the distribution function. The distribution function is found to be universal in the sense that the same distribution function also encodes the leading nonperturbative contribution to inclusive semileptonic decays of $B$ mesons at large momentum transfer. Some basic properties of the distribution function are deduced in QCD. Ways of extracting the distribution function directly from experiment and their implications are discussed. The theoretically clean methods for the determination of $|V_{ts}|$ are described.

研究の動機と目的

• 包含的B→Xsγ崩壊における光子エネルギースペクトルへの長距離QCD寄与を厳密に計算すること。
• 高エネルギー光子領域における主要な非摂動的QCD効果を同定し、それとbクォーク分布関数との関係を明らかにすること。
• この分布関数が包含的放射性および半レプトン的B崩壊の間で普遍的であることを確立すること。
• ハドロン的不確かさを最小限に抑えるために、理論的にクリーンな方法で|Vts|を抽出すること。
• 理論的精度の向上および新しい物理の探索を目的として、B→XsγおよびB→Xfℓνスぺクトルからの分布関数の直接的実験的抽出を可能にすること。

提案手法

• 光線方向展開と重味クォーク効果理論（HQET）を用いて、包含的B崩壊における非摂動的QCD効果を体系的に取り扱う。
• 高エネルギーEγ領域における光子スペクトルへの主要な非摂動的寄与として、bクォーク分布関数f(ξ)を同定する。
• オペレータ積分展開とHQETを適用し、f(ξ)の平均値と分散を計算することで、自由クォーク極限からのずれを定量的に評価する。
• f(ξ)のゲージ不変性、正値性、単位正規化、および[0,1]に台を持つことを示す。
• B→XsγおよびB→Xfℓν崩壊における測定されたdΓ/dξ+からf(ξ)を直接実験的に抽出する手法を提案する。
• f(ξ)依存性を正規化または微分断面積比を用いてキャンセルする理論的にクリーンな|Vts|の決定手法を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギー光子領域におけるB→Xsγ光子エネルギースペクトルへの主要な非摂動的QCD寄与は何か？
• RQ2 bクォーク分布関数f(ξ)はB中間子の構造および非摂動的QCDとどのように関係しているか？
• RQ3 f(ξ)は包含的放射性および半レプトン的B崩壊の間でどの程度普遍的か？
• RQ4 f(ξ)はB→XsγおよびB→Xfℓνスぺクトルの実験的データから直接抽出可能か？
• RQ5 f(ξ)の普遍性を活用することで、ハドロン的不確かさを最小限に抑えて|Vts|をどのように決定できるか？

主な発見

• 高エネルギーEγ領域におけるB→Xsγ光子スペクトルへの主要な非摂動的QCD寄与は、bクォーク分布関数f(ξ)である。
• 分布関数f(ξ)は普遍的である：大運動量転送領域において、包含的放射性および半レプトン的B崩壊の両方で主要な非摂動的寄与を支配する。
• f(ξ)はゲージ不変であり、正値であり、単位に正規化されており、[0,1]に台を持つ。自由クォーク極限ではffree(ξ) = δ(ξ−mb/MB)となる。
• オペレータ積分展開とHQETを用いてf(ξ)の平均値と分散を計算し、δ関数からのずれを定量的に評価した。
• 正規化または断面積比を用いることでf(ξ)依存性をキャンセルする理論的手法を提案し、ハドロン的不確かさを約1%にまで低減した。
• B→XsγおよびB→Xfℓνスぺクトルからのf(ξ)の直接的実験的抽出は実現可能であり、理論的精度の向上および新しい物理探索への感度向上に顕著な寄与が期待される。