[论文解读] Scalar mesons and glueball in B-decays and gluon jets

Peter Minkowski, Wolfgang Ochs|ArXiv.org|Apr 15, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 6被引用 3

一句话总结

该论文提出，$f_0(980)$ 标量介子和一个宽广的 $0^{++}$ 胶球态表现出显著的胶子成分，类似于 $\eta'$ 介子，这是基于其在无粲 $B$ 衰变和胶子喷注中的增强产生。作者认为，在 $B$ 衰变和胶子喷注中观测到的 $f_0(980)$ 与 $K\bar{K}$ S 波增强，由于胶子耦合而指向味 singlet 性质，其中 $0^{++}$ 胶球对 $B^+ \to K^+ \text{胶球}$ 衰变速率的贡献高达 $132 \times 10^{-6}$，表明胶子介子可能饱和了 $b \to sg$ 衰变速率。

ABSTRACT

We discuss the recent observation of f_0(980) in charmless B-decays and in gluon jets which hints toward a gluonic coupling of this meson similar to eta'. Further predictions on B-decays into scalar particles are presented. Charmless B decays also show a broad K Kbar (and possibly pi pi) S-wave enhancement which we relate to the 0^{++} glueball. These gluonic mesons represent a sizable fraction of the theoretically derived decay rate for b -> sg.

研究动机与目标

• 根据来自 $B$ 衰变和胶子喷注的新实验数据，澄清 $f_0(980)$ 标量介子和 $0^{++}$ 胶球的本质。
• 检验 $f_0(980)$ 和宽广的 $K\bar{K}$ S 波增强是否与胶子或胶球成分一致。
• 估算标量胶球和胶子介子对 $b \to sg$ 衰变速率的贡献，并与微扰 QCD 预测进行比较。
• 评估味 singlet 混合与胶子耦合在涉及标量和赝标量介子的 $B$ 衰变中的作用。
• 提供一个现象学框架，将 $B$ 衰变速率和胶子喷注数据与低质量标量谱学及胶球成分联系起来。

提出的方法

• 分析 BELLE 和 BaBar 实验中关于无粲 $B \to Khh$ 衰变的实验数据，重点关注 $f_0(980)$ 和 $K\bar{K}$ S 波增强。
• 使用具有大味混杂的标量八重态谱学现象学模型，通过胶子耦合将 $f_0(980)$ 识别为近似味 singlet 状态。
• 应用 $U(3)$ 色味对称性，关联 $B \to K\eta^\prime$、$B \to K^*\eta^\prime$ 和 $B \to K\bar{K}$ 衰变振幅，并将其推广至标量末态。
• 通过外推质量窗口内 $K\bar{K}$ 和 $\pi\pi$ S 波速率，估算 $B^+ \to K^+ \text{胶球}$ 的 $0^{++}$ 胶球分支比。
• 将 leading 和 next-to-leading order QCD 中的包含式 $b \to sg$ 衰变速率与观测到的胶子介子速率之和进行比较。
• 利用色电-磁对偶对称性，估算 $B \to gb(0^{-+})$ 衰变速率与 $B \to gb(0^{++})$ 相当，假设胶子耦合相似。

实验结果

研究问题

• RQ1 该 $f_0(980)$ 介子主要是 $q\bar{q}$ 态，还是具有显著 $K\bar{K}$ 分子或四夸克成分的胶子态？
• RQ2 在 $B$ 衰变和胶子喷注中观测到的 $K\bar{K}$ S 波增强是否表明存在一个 $0^{++}$ 胶球？
• RQ3 观测到的 $B$ 衰变到标量介子的速率在多大程度上饱和了理论上的 $b \to sg$ 衰变速率？
• RQ4 在观测到的产生速率下，$f_0(980)$ 与 $0^{++}$ 胶球之间的混合角是多少？
• RQ5 如果假设耦合对称，$b \to sg$ 衰变速率是否可由标量和赝标量胶球的产生来解释？

主要发现

• 在 $B \to Khh$ 衰变和胶子喷注的主导系统中，$f_0(980)$ 介子表现出增强产生，表明其具有类似于 $\eta^\prime$ 的胶子成分。
• 在 1.0–1.7 GeV 范围内观测到宽广的 $K\bar{K}$ S 波增强，解释为一个 $0^{++}$ 胶球，其在 $B^+ \to K^+ \text{胶球}$ 中的分支比为 $132 \times 10^{-6}$。
• $B^+ \to gb(0^{++}) + X_s$ 的总速率估计为 $1.2 \times 10^{-3}$，与领先阶 $b \to sg$ 速率 $(2-5) \times 10^{-3}$ 一致。
• $B \to gb(0^{++}) + f_0(980) + \eta^\prime + X_s$ 的总速率估计为 $(1.5 \pm 0.5) \times 10^{-3}$，与 NLO $b \to sg$ 速率 $(5 \pm 1) \times 10^{-3}$ 相当。
• $f_0(980)$ 与 $0^{++}$ 胶球之间的混合角满足 $\sin^2\varphi_g \lesssim 14/132$，即 $\varphi_g \lesssim 20^\circ$。
• $B \to gb(0^{-+})$ 衰变速率估计与 $B \to gb(0^{++})$ 相当，表明标量和赝标量胶球可能共同饱和了 $b \to sg$ 衰变速率。