[论文解读] Study of the ${\Upsilon}(1S)$ ${ o}$ $DP$ decays

Yueling Yang, Mingfei Duan+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 42被引用 1

一句话总结

本研究利用标准模型中的微扰QCD（pQCD）方法，研究了Υ(1S) → D⁻π⁺、D⁰π⁰ 和 Dₛ⁻K⁺ 的稀有弱衰变。结果发现分支比约为10⁻¹⁸，远低于当前实验的探测灵敏度，表明任何观测结果都需显著的新物理贡献，这是由于OZI规则的极端抑制和CKM矩阵元较小所致。

ABSTRACT

Inspired by the potential prospects of high-luminosity dedicated colliders and the high enthusiasms in searching for new physics in the flavor sector at the intensity frontier, the ${\Upsilon}(1S)$ ${ o}$ $D^{-}{\pi}^{+}$, $\overline{D}^{0}{\pi}^{0}$ and $D_{s}^{-}K^{+}$ weak decays are studied with the perturbative QCD approach. It is found within the standard model that the branching ratios for the concerned processes are tiny, about ${\cal O}(10^{-18})$, and far beyond the detective ability of current experiments unless there exists some significant enhancements from a noval interaction.

研究动机与目标

• 利用微扰QCD方法，在标准模型框架内评估Υ(1S) → DP衰变（P = π, K）的分支比。
• 为未来高亮度实验（如Belle-II和升级版LHCb）提供理论参考，这些实验将收集大量b¯b强子对数据。
• 评估探测这些稀有衰变的可行性，并识别标准模型之外新物理的潜在信号。
• 计算涉及底夸克偶素态的弱衰变的强子矩阵元和威尔逊系数。
• 研究QCD修正和因子化在衰变振幅计算中的作用。

提出的方法

• 采用微扰QCD方法计算Υ(1S) → DP衰变的衰变振幅，包括树图级和penguin图贡献。
• 使用有效哈密顿量形式，通过跑动群方程将威尔逊系数从mW尺度演化至µ尺度。
• 利用Υ(1S)、D和P介子的轻锥波函数计算强子矩阵元⟨DP|Oi|Υ⟩。
• 应用萨达科夫重加权以抑制相空间软和准直区域的大对数项。
• 通过软函数演化中的异常维数γq = −αs/π引入QCD辐射修正。
• 使用基于贝塞尔函数的硬函数Hab和Hcd，对夸克分布的横向动量依赖性进行建模。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准模型中，Υ(1S) → D⁻π⁺、D⁰π⁰ 和 Dₛ⁻K⁺ 衰变的预测分支比是多少？
• RQ2 这些衰变能否在当前或近期实验（如Belle-II或LHCb）中被观测到？
• RQ3 衰变振幅的主要贡献来自树图级还是penguin算符？
• RQ4 QCD修正和因子化效应如何影响最终的分支比？
• RQ5 若分支比偏离预测值，是否可能暗示标准模型之外的新物理？

主要发现

• 在标准模型中，Υ(1S) → D⁻π⁺、D⁰π⁰ 和 Dₛ⁻K⁺ 衰变的分支比预测约为10⁻¹⁸。
• 极小的分支比主要源于CKM矩阵元|Vub V*cb|较小以及OZI规则的抑制。
• 主要贡献来自树图算符O1和O2，而penguin算符O3–O10提供次主导但不可忽略的修正。
• QCD辐射修正通过异常维数和萨达科夫因子实现，可抑制大对数项并稳定微扰级数。
• 强子矩阵元通过D和P介子的轻锥波函数计算，横向动量依赖性由贝塞尔函数建模。
• 结果表明，这些衰变在当前实验亮度下尚不可观测，任何可观测信号都需显著的新物理增强。