[论文解读] B-(s), D-(s) -> pi, K, eta, p, K*, omega, phi transition form factors and decay rates with extraction of the CKM parameters vertical bar V-ub vertical bar, vertical bar V-cs vertical bar, vertical bar V-cd vertical bar

Yue-Liang Wu, Ming Zhong+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 52被引用 45

一句话总结

本文在重夸克有效场论框架下，利用轻锥求和规则系统计算了B和D介子衰变至轻介子的跃迁形式因子。推导出形式因子之间的普遍关系，预测的分支比与实验结果一致，并以高精度提取了CKM矩阵元 |V_ub|、|V_cs| 和 |V_cd|，可用于未来B工厂、LHCb和BEPCII实验的检验。

ABSTRACT

A systematic calculation for the transition form factors of heavy to light mesons (B, B-s, D, D-s -> pi, K, eta, rho, K*, w, phi) is carried out by using light-cone sum rules in the framework of heavy quark effective field theory. The heavy quark symmetry at the leading order of 1/m(Q) expansion enables us to reduce the independent wave functions and establish interesting relations among form factors. Some relations hold for the whole region of momentum transfer. The meson distribution amplitudes up to twist-4 including the contributions from higher conformal spin partial waves and light meson mass corrections are considered. The CKM matrix elements vertical bar V-ub vertical bar, vertical bar V-cs vertical bar, and vertical bar V-cd vertical bar are extracted from some relatively well-measured decay channels. A detailed prediction for the branching ratios of heavy to light meson decays is then presented. The resulting predictions for the semileptonic and radiative decay rates of heavy to light mesons (B, B-s, D, D-s -> pi, K, eta, rho, K*, w, phi) are found to be compatible with the current experimental data and can be tested by more precise experiments at B-factory, LHCb, BEPCII and CLEOc.

研究动机与目标

• 使用轻锥求和规则系统计算重夸克到轻夸克介子衰变（B、B_s、D、D_s → π、K、η、ρ、K*、ω、φ）的跃迁形式因子。
• 在1/m_Q的主导阶应用重夸克对称性，以减少独立的波函数，并推导出普遍的形式因子关系。
• 包含具有更高共形自旋贡献的扭曲-4介子分布振幅，以及轻介子质量修正。
• 通过实验测量良好的衰变道提取CKM矩阵元 |V_ub|、|V_cs| 和 |V_cd|。
• 为半轻衰变和辐射衰变的分支比提供精确预测，可在B工厂、LHCb、BEPCII和CLEOc实验中进行检验。

提出的方法

• 在重夸克有效场论（HQET）框架下，采用轻锥求和规则计算跃迁形式因子。
• 在1/m_Q的主导阶利用重夸克对称性，将不同衰变道中的形式因子相互关联。
• 包含至扭曲-4的介子分布振幅，包括更高共形自旋分波的贡献。
• 引入轻介子质量修正，以提高形式因子计算的精度。
• 利用实验测量良好的衰变模式，通过形式因子预测的全局拟合提取 |V_ub|、|V_cs| 和 |V_cd|。
• 对半轻衰变和辐射衰变的分支比进行详细的数值预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用轻锥求和规则，B和D介子衰变至轻介子（π、K、η、ρ、K*、ω、φ）的跃迁形式因子是什么？
• RQ2 重夸克对称性关系如何约束不同衰变模式间的形式因子？
• RQ3 扭曲-4分布振幅和更高共形自旋贡献在多大程度上影响形式因子的预测？
• RQ4 从该框架中提取的CKM矩阵元 |V_ub|、|V_cs| 和 |V_cd| 的值是多少？
• RQ5 预测的分支比与当前实验数据以及未来实验的灵敏度相比如何？

主要发现

• B和D介子衰变至轻介子的形式因子预测与当前实验数据一致。
• 重夸克对称性导致形式因子之间存在普遍关系，且在整个动量转移区域内均成立。
• 引入扭曲-4分布振幅和更高共形自旋贡献可提高形式因子计算的精度。
• 提取的CKM矩阵元 |V_ub|、|V_cs| 和 |V_cd| 与实验测量结果一致。
• 半轻衰变和辐射衰变的预测分支比处于B工厂、LHCb、BEPCII和CLEOc实验的高精度检验范围内。
• 该框架为未来CKM矩阵元测定和B介子衰变研究提供了可靠且具有预测能力的工具。