[论文解读] Strange Axial-vector Mesons in D Meson Decays

Peng-Fei Guo, Dongfang Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2018

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 7

一句话总结

本研究通过 $D^0$ 介子衰变，特别是 $D^0 \to K^+K^-\rho K$ 和 $D^0 \to K^+K^-\bar{K}^{*0}\rho$，利用因子化方法研究了奇异轴矢量介子 $K_1(1270)$ 和 $K_1(1400)$ 的性质。结果发现，$K_1(1270)$ 衰变的实验数据在窄宽度近似和 $CP$ 守恒下违反了预期的相等关系，表明其分支分支比可能被高估了一个数量级；而 $K_1(1400)$ 的分支比与理论预测相符，支持其混合角接近 $45^\circ$。

ABSTRACT

The nature of strange axial-vector mesons are not well understood and can be investigated in $D$ meson decays. In this work, it is found that the experimental data of $D^0 ightarrow K^\pm K^\mp_1(1270)( o ρK \,\, ext{or}\,\,K^{*}π)$ in the $D^0 o K^+K^-π^+π^-$ mode, disagree with the equality relation under the narrow width approximation and $CP$ conservation of strong decays. Considering more other results of $K_1(1270)$ decays, the data of $\mathcal{B}(D^0 ightarrow K^-K^+_1(1270)( o K^{*0}π^+))$ is probably overestimated by one order of magnitude. We then calculate the branching fractions of the corresponding processes with $K_1(1400)$ in the factorization approach, and find $\mathcal{B}(D^0 ightarrow K^-K^+_1(1400)( o K^{*0}π^+))$ is comparable to the predicted $\mathcal{B}(D^0 ightarrow K^-K^+_1(1270)( o K^{*0}π^+))$ using the equality relation. Besides, we suggest to measure the ratios between $K_1(1270) o ρK$ and $K^*π$ or to test the equality relations in other $D$ meson decay modes.

研究动机与目标

• 检验实验数据 $D^0 \to K^+K^-\rho K$ 和 $D^0 \to K^+K^-\bar{K}^{*0}\rho$ 是否与窄宽度近似和 $CP$ 守恒下的相等关系一致。
• 评估测量得到的分支比 $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 的可靠性，该值可能被高估了一个数量级。
• 使用因子化方法计算 $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ 的分支比，并与 $K_1(1270)$ 的预测值进行比较。
• 提出新的衰变比测量，如 $K_1(1270)\to \rho K$ 与 $K^*\rho$ 的比值，以检验 $D$ 介子衰变中的相等关系并约束 $K_1$ 混合角。

提出的方法

• 应用因子化方法计算 $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ 的分支比，假设局部当前-当前相互作用占主导。
• 使用 $K_1$ 混合角 $\theta_{K_1}$ 将 $K_1(1270)$ 和 $K_1(1400)$ 与 $^{3}P_1$ 和 $^{1}P_1$ 夸克模型态联系起来。
• 在 $CP$ 守恒和窄宽度近似下，将理论预测的 $K_1(1400)$ 分支比与实验数据中 $K_1(1270)$ 的结果进行比较。
• 分析级联衰变模式如 $D^0 \to K^+K^-\rho K$ 和 $D^0 \to K^+K^-\bar{K}^{*0}\rho$ 以提取分支比的比值。
• 将比值 $\frac{\text{Br}(K_1(1270)\to \rho K)}{\text{Br}(K_1(1270)\to K^*\rho)} = \frac{1}{3}$ 作为基准，检验实验数据的一致性。
• 提出在 $D$ 介子衰变中测量衰变比的新方法，以检验相等关系并约束 $K_1$ 混合角。

实验结果

研究问题

• RQ1 实验数据 $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 是否与窄宽度近似和 $CP$ 守恒下的相等关系一致？
• RQ2 测量得到的分支比 $D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 是否被高估了一个数量级？
• RQ3 $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ 的分支比是否与在相同假设下对 $K_1(1270)$ 的预测值相当？
• RQ4 是否可以通过测量 $D$ 介子衰变中 $\text{Br}(K_1(1270)\to \rho K)/\text{Br}(K_1(1270)\to K^*\rho)$ 的比值来检验相等关系？
• RQ5 从 $D$ 介子衰变，特别是通过 $K_1(1270)$ 和 $K_1(1400)$ 衰变模式的比值，可以对 $K_1$ 混合角 $\theta_{K_1}$ 施加何种约束？

主要发现

• 由于与窄宽度和 $CP$ 守恒下的相等关系不一致，$D^0 \to K^-K_1^+(1270) \to K^{*0}\rho^+$ 衰变的实验数据（报告分支比为 $7.3\pm0.8\pm1.9\%$）很可能将真实值高估了一个数量级。
• $D^0 \to K^-K_1^+(1400) \to K^{*0}\rho^+$ 的计算分支比与 $K_1(1270)$ 的预测值在数量级上相当，支持 $K_1(1400)$ 是此类衰变的重要贡献者。
• $D^0 \to K^-\pi^+\pi^+\pi^-$ 衰变模式中比值 $\mathcal{B}_{21}/\mathcal{B}_{22} = 4\eta/3$ 与因子化方法一致，并提供了可检验的预测。
• $D^0 \to K^0_S\pi^+\pi^-\pi^0$ 模式中比值 $\mathcal{B}_{11}/\mathcal{B}_{12} = \eta/3$ 和 $\mathcal{B}_{13}/\mathcal{B}_{14} = 4\eta/3$ 由同一框架推导得出，可用于实验检验相等关系。
• 本研究建议通过测量 $D$ 介子衰变中 $\text{Br}(K_1(1270)\to \rho K)/\text{Br}(K_1(1270)\to K^*\rho)$ 的比值，可直接检验相等关系并约束 $K_1$ 混合角。
• 结果支持混合角 $\theta_{K_1} \sim 45^\circ$，与相对论夸克模型和部分现象学分析一致，表明 $K_1(1400)$ 是 $^{1}P_1$ 态的可行候选者。