[论文解读] Radiative Transitions in Heavy Mesons in a Relativistic Quark Model

J. L. Goity, Winston Roberts|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2000

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用 25

一句话总结

本文利用一种包含轻夸克和重夸克电磁流的相对论性手征夸克模型，研究了重介子中的辐射跃迁。研究发现，轻夸克的反常磁矩（κ⁰ ≈ 0.5）对于重现实验分支比至关重要，显著的相对论性修正影响了D介子衰变，特别是D*→Dγ过程，而B介子宽度则敏感度较低，但仍不可忽略，这归因于次领头项1/mQ项的影响。

ABSTRACT

The radiative decays of $D^*$, $B^*$, and other excited heavy mesons are analyzed in a relativistic quark model for the light degrees of freedom and in the limit of heavy quark spin-flavor symmetry. The analysis of strong decays carried out in the corresponding chiral quark model is used to calculate the strong decays and determine the branching ratios of the radiative $D^*$ decays. Consistency with the observed branching ratios requires the inclusion of the heavy quark component of the electromagnetic current and the introduction of an anomalous magnetic moment for the light quark. It is observed that not only $D$, but also $B$ meson transitions within a heavy quark spin multiplet are affected by the presence of the heavy quark current.

研究动机与目标

• 理解重介子中的辐射跃迁，特别是受相空间抑制的衰变，如D*→Dγ。
• 研究相对论性效应和次领头项1/mQ修正在辐射衰变中的作用，特别是在D介子区。
• 预测强衰变受相空间抑制的激发Ds和Bs介子的辐射衰变宽度和分支比。
• 确定轻夸克反常磁矩对辐射跃迁振幅的影响。
• 评估电磁衰变作为强衰变受抑制的轨道激发重介子主要衰变模式的可行性。

提出的方法

• 采用先前用于强衰变的相对论性手征夸克模型，使用相同的势和组成夸克质量。
• 将电磁流纳入模型，分别考虑轻夸克（Jμq）和重夸克（JμQ）的贡献，并为轻夸克引入反常磁矩。
• 使用电流 Jμ = eq̄q(γμ + (1/Λ)σμν∂↔ν)q + eQ̄Qγμ 来描述夸克-光子耦合，其中 Λ = 2m̃q/κq。
• 应用重夸克有效理论（HQET）分析次领头项1/mQ修正，特别是针对D*→Dγ跃迁。
• 通过母介子静止参考系中的跃迁矩阵元计算辐射衰变宽度，使用与速度相关的项。
• 自洽求解相对论性束缚态问题，结果对轻夸克反常磁矩（κq）的取值敏感。

实验结果

研究问题

• RQ1 相对论性效应和次领头项1/mQ修正在D*介子辐射衰变中起什么作用？
• RQ2 轻夸克的反常磁矩（κq）如何影响D*和Ds*介子的辐射分支比？
• RQ3 为何对于某些激发重介子（如Ds*、Bs*），辐射衰变占主导，而强衰变受相空间抑制？
• RQ4 电磁衰变在轨道激发Ds和Bs介子总宽度中贡献多大程度？
• RQ5 预测的辐射宽度与文献中的实验上限和理论模型相比如何？

主要发现

• 为重现观测到的D*→Dγ分支比38.1%，轻夸克反常磁矩必须为κq ≈ 0.5，当κq = 0.55时，D*0的分支比为38.1%。
• 当κq = 0.55时，预测D*0的辐射宽度为75 keV，与实验上限2 MeV一致。
• 当κq = 0时，预测B*0的辐射宽度为40 eV，当κq = 0.55时为244 eV，B*+的宽度约为其2–3倍。
• 对于Ds*，预测的辐射宽度为107 eV（κq = 0）、175 keV（κq = 0.45）或341 keV（κq = 0.55），意味着BR(Ds*→Dsγ) ≈ 94%。
• 预测的BR(Ds*→Dsπ⁰) × BR(D*+→D+γ)约为~2×10⁻³，显著高于文献[19]中8×10⁻⁵的估计值，但与实验值6.4×10⁻⁴一致。
• 激发态的同多重态辐射宽度可忽略不计，但Ds和Bs介子中的(0⁺,1⁺)双重态由于强衰变受相空间抑制，预测宽度达数十keV。