[论文解读] Weak decays of Heavy mesons

Saša Prelovšek|ArXiv.org|Oct 11, 2000

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 19

一句话总结

本博士论文研究了重味介子衰变中的 flavor-changing neutral currents（FCNC），重点探讨 c → uγ 和 c → ul+l− 衰变作为新物理超越标准模型的探针。通过结合重夸克有效理论与手征微扰理论的混合模型，作者预测 Bc → B∗uγ 的分支比约为 10⁻⁸，将其识别为探测新物理的高灵敏度通道，同时分析 D 介子衰变中的长程贡献，以提升探测前景。

ABSTRACT

I explore the possibility of using heavy meson decays as probes for flavour changing neutral transitions (FCNC) $c o uγ$ and $c o ul^+l^-$. In the standard model, these are the most frequent FCN transitions among the quarks with charge $2/3e_0$. I predict the short and long distance contributions to the relevant heavy meson decays within the standard model and explore their sensitivity to different scenarios of physics beyond the standard model. The rare $B_c o B_u^*γ$ decay is proposed as the most suitable case study of the $c o uγ$ transition and is studied with the ISGW model. Its detection at the branching ratio much higher than $10^{-8}$ would signal new physics. Weak decays of charm mesons to a light meson and a photon or a charged lepton pair are also studied for this purpose. Their probabilities are found to be dominated by the long distance contributions and raise our hopes that they may be detected soon. A window of opportunity to probe the $c o ul^+l^-$ transition is found in the decay $D o πl^+l^-$, at the kinematical region of high di-lepton mass. In order to study the charm meson decays, I adapt the Heavy Meson Chiral Lagrangian approach and demonstrate for its applicability by predicting the charm meson nonleptonic decay rates.

研究动机与目标

• 探索 flavor-changing neutral currents（FCNC）c → uγ 和 c → ul+l− 作为探测标准模型之外新物理的高灵敏度探针。
• 量化重味介子衰变中短程与长程贡献，特别是 Bc → B∗uγ 和 D 介子衰变中的贡献。
• 开发并应用结合重夸克有效理论与手征微扰理论的混合模型，用于非轻子衰变。
• 提出一种规范不变的框架，以纳入弱衰变中的长程贡献。
• 识别实验上可探测的衰变道，其对新物理的敏感性增强，特别是在高双轻子质量区域。

提出的方法

• 利用 Isgur-Scora-Grinstein-Wise（ISGW）模型计算 Bc → B∗uγ 的衰变振幅。
• 在 charm 介子衰变中应用结合重夸克对称性与手征微扰理论的混合有效场论框架。
• 构建包含强相互作用、电磁相互作用与弱相互作用的重介子手征拉格朗日量，适用于赝标量与矢量介子。
• 推导出与轻反夸克耦合的重夸克有效弱流，确保显式规范不变性。
• 通过有效算符的跑动方程实现因子化近似，并利用重整化群演化计算短程贡献。
• 通过中间共振态与非共振 penguin 图分析长程贡献，通过恰当的顶点构造确保规范不变性。

实验结果

研究问题

• RQ1 鉴于其在标准模型中被抑制，Bc → B∗uγ 中的 c → uγ 衰变是否可作为探测新物理的清晰探针？
• RQ2 在标准模型中，Bc → B∗uγ 的分支比是多少？是否可被新物理增强？
• RQ3 在 D → P l+l− 与 D → V l+l− 衰变中，长程贡献如何主导？是否可在高双轻子质量区域被探测到？
• RQ4 结合重夸克与手征有效理论的混合模型能否可靠预测 charm 介子的非轻子衰变率？
• RQ5 如何以显式规范不变的方式纳入 FCNC 衰变中的长程贡献？

主要发现

• 在标准模型中，Bc → B∗uγ 的分支比预测为 10⁻⁸ 量级，若观测到更高率，将成为探测新物理的首选候选过程。
• 在 D → P l+l− 与 D → V l+l− 衰变中，长程贡献占主导地位，尤其在高双轻子质量区域，为实验观测提供了可行窗口。
• 在高 (pl+ + pl−)² 区域，D → πl+l− 衰变对 c → ul+l− 转移表现出增强的敏感性，表明其为探测新物理的有前途通道。
• 结合重夸克与手征有效理论的混合模型成功预测了 charm 介子的非轻子衰变率，且对称性结构一致。
• 通过一致的有效流构造，实现了长程贡献的规范不变表述，保持了电磁规范对称性。
• 本研究识别出 Bc → B∗uγ 是探测 c → uγ FCNC 转移的最适切过程，因其长程污染最小且短程振幅可计算。