[论文解读] Flavor SU(3) and $\Lambda_b$ decays

Michael Gronau, Jonathan L. Rosner|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2013

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 10

一句话总结

本文推导了无粲Λb重子衰变至伪标量-重子末态中胶子幅值的味SU(3)对称性关系，使能够从可观测的衰变率中提取胶子贡献。推导出的幅值关系导致衰变率之间的三角不等式，为检验Λb → K−p中的胶子主导性提供了方法，并可通过稀有衰变测量（如Λb → π−Σ+、K+Ξ−和K0Λ）探测CP破坏。

ABSTRACT

Some flavor SU(3) results are presented for decays of the $\Lambda_b$ baryon into non-charmed final states $PB$, where $P$ is a pseudoscalar mesons and $B$ is a spin-1/2 baryon. Although these relations are among amplitudes and hence not yet subject to direct experimental test, they can form the basis for triangle inequalities among decay rates.

研究动机与目标

• 建立Λb → PB衰变中胶子幅值的味SU(3)关系。
• 为在pQCD计算失效的Λb → K−p衰变中分离胶子贡献提供框架。
• 建议可测量的稀有衰变模式（例如Λb → π−Σ+、K+Ξ−、K0Λ），以检验胶子主导性。
• 通过极化与衰变率测量，实现未来CP破坏可观测量的提取。
• 通过使用SU(3)对称性约束，解决微扰QCD中胶子幅值被低估的挑战。

提出的方法

• 利用SU(3)味对称性，关联Λb衰变至S = −1与S = 0末态的幅值。
• 将胶子幅值表示为SU(3)单态（A1）、八重态（F, D）耦合常数的形式。
• 推导幅值组合如(2A(K−p) − A(π−Σ+) − A(K+Ξ−))/3 = −1/√6 (3F + D)，与A(K0Λ)关联。
• 构建涉及r = V∗td/V∗ts的关系，以连接不同末态之间的幅值。
• 提出通过位移顶点、急转信号和V型拓扑结构探测稀有衰变的实验策略。
• 建议利用率不等式与极化测量，以分离S波与P波贡献，并探测CP破坏。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管存在理论不确定性，味SU(3)对称性关系是否可用于提取Λb衰变中的胶子幅值？
• RQ2 若pQCD计算低估了Λb → K−p衰变的速率，如何约束其胶子幅值？
• RQ3 哪些稀有Λb衰变模式在实验上可探测，并可用作胶子动力学的探针？
• RQ4 能否从SU(3)幅值关系中推导出衰变率之间的三角不等式，以检验胶子主导性？
• RQ5 可采用何种实验信号来识别并测量如Λb → π−Σ+和Λb → K0Λ等难以探测的衰变？

主要发现

• 幅值关系1/3[2A(K−p) − A(π−Σ+) − A(K+Ξ−)] = −1/√6(3F + D)将K−p幅值与A(K0Λ)关联，实现胶子参数的间接提取。
• 推导出与F + D成比例的关系：1/3[A(K−p) − A(π−Σ+)] = −1/√6 r−1 A(π−p)，通过CKM比值r将K−p与π−p幅值关联。
• Λb → K0Λ的衰变率因r² = |Vtd/Vts|² ≈ 0.05而被抑制，使其难以探测但可测量。
• Λb → π−Σ+、K+Ξ−和K0Λ衰变被提议为提取胶子幅值的可行实验探针。
• 本文建议LHCb可能通过位移顶点、急转信号和π⁰ → γγ信号探测Λb → π−Σ+。
• 这些衰变中的极化测量有助于分离S波与P波贡献，并实现CP破坏研究。