[论文解读] The final-state interaction in the two-body nonleptonic decay of a heavy particle

M. Suzuki|ArXiv.org|Jul 18, 1998

Nuclear physics research studies参考文献 2被引用 4

一句话总结

本文利用dispersion relations和S矩阵解析性，研究了重粒子（如B介子）的两体非轻子衰变中的最终态相互作用（FSIs）。研究发现，对于非常重的初始粒子，FSI相位通常是微小的，并在随机S矩阵假设下得出了半定量估计，其依据为高能散射数据和双重共振模型，为理解B物理中的CP破坏和衰变振幅提供了理论框架。

ABSTRACT

We attempt to understand the final-state interaction in the two-body nonleptonic decay of a heavy particle for which many multibody decay channels are also open. No matter how many multibody channels couple to the two-body channels, the analyticity of the S-matrix relates the phase and the magnitude of the two-body decay amplitude through a dispersion relation. In general, however, the phase cannot be determined by strong interactions alone. The dispersion relation requires on a general ground that the final-state interaction phases be small for the two-body decay amplitudes when the initial particle is very heavy. We then analyze the final-state interaction phases in terms of the s-channel eigenstates of the S-matrix and obtain semiquantitative results applicable to the B decay with a random S-matrix hypothesis. We use the high-energy scattering date and the dual resonance model as a guide to the relevant aspects of strong interactions at long and intermediate distances.

研究动机与目标

• 理解最终态相互作用（FSIs）在重粒子两体非轻子衰变中的作用，特别是当多个多体道开启时。
• 在S矩阵的解析结构下，确定强相互作用是否足以固定此类衰变中的FSI相位。
• 利用dispersion relations推导FSI相位的一般约束，特别是在初始粒子质量极大的极限下。
• 在随机S矩阵假设下，结合强相互作用的物理模型，对B衰变中的FSI相位进行半定量估计。

提出的方法

• 应用dispersion relations，通过S矩阵解析性将两体衰变振幅的相位与幅度联系起来。
• 利用S矩阵的s通道本征态分解，以中间共振态的形式分析FSI相位。
• 结合高能强子散射数据和双重共振模型，对长程和中程距离的强相互作用效应进行建模。
• 假设S矩阵是随机的，以估计B衰变中FSI相位的统计性质，避免对详细动力学假设的依赖。
• 在重质量极限下推导FSI相位的一般界，表明当初始粒子非常重时，相位被抑制。
• 利用光学定理和幺正性，将振幅的虚部与总截面联系起来，从而约束相位行为。

实验结果

研究问题

• RQ1 在重粒子衰变中，最终态相互作用如何影响两体非轻子衰变振幅的相位？
• RQ2 FSI相位是否仅能由强相互作用决定，还是需要额外的动力学假设？
• RQ3 在初始粒子质量极大的极限下，FSI相位的行为如何？这对CP破坏研究有何影响？
• RQ4 如何利用随机S矩阵假设来估计B介子衰变中的FSI相位？
• RQ5 s通道共振态在非轻子衰变中FSI相位结构的形成中起什么作用？

主要发现

• 对于非常重的初始粒子，由于高能极限下非弹性道的抑制，最终态相互作用相位通常较小。
• dispersion关系表明，即使存在多个多体道，两体衰变振幅的幅度与相位仍通过解析性相互关联。
• 在随机S矩阵假设下，平均FSI相位较小，且相位分布近似均匀，与弱CP破坏效应的预期一致。
• 该模型表明，B衰变中的FSI相位主要由中间共振态主导，相位移由这些共振态的质量和宽度决定。
• 双重共振模型和高能散射数据支持强相互作用在长距离下导致两体衰变振幅中相位平滑且弱变化的观点。
• 本文建立了一个理论框架，可在无需详细动力学输入的情况下估计FSI相位，对B衰变中CP破坏的现象学研究具有实用价值。