Слабые распады Б- и D мезонов в релятивистской квантовой модели тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

' &$ М *

КОСКОВСНЙЙ ГОСУДЛГСТШШШ) УКЯГЕРСИТЕТ ■пеня М.О.ПОИОНОСОПА

НАУЧНО- ЙССЯЕ£00/Л£Ш>СИКЯ ИНСТИТУТ ЯДЕГНОЯ «ЙЗИНВ

Не правах рукописи УД!( 539.1Й

Мляуров Артем Врьогчч

СЯАШЕ РАСПАЯН в- И Е>- К5ДОНОВ В РЕЯЯТИЙИСТСИОП НВАРНОВСЯ НОЯЕЛН.

01.04.02- теоратичсснап физика.

Автореферат

ияссетзтаиии но сояснамзв учечоя степени кантщата алзано- на-гекатичвсиах наук

а >

Работа выполнена на физическом факультете (Основеного государственного -ушшерсатет& ыи. М.В.Ломоносова.

Научные руководители: контор фцаиио- катеизтичесних иауи,

профоссор Р.Н.Фаустов, кандидат фязако- математических наук В.О.Галкин.

Офнцкальнь» оппоненты; доктор Оьэино-лзгематичестдх наук, профессор Б.А.Арбузов, доктор фйэиио- тематических иауи, профессор Н . О.Нэшпа.

Ведущая организация: Институт ядерных асспедоаани» РАН.

Завита состоится " *Н " ^-^-С1-^- 1992г. в часов на

заседании специапазгрованного совета K053.06.S4 в Московской государственном университете ¡¡и. Н.В.Яононосояа 110 адресу: Носьва, йвнещсквв горь>, ЯЙЯЛЗ ИГУ, 13-В корпус, ауд.2-15.

С риссертьцвяа моглю овнанокяться в бвбявотена ШИЯ4 ИГУ.

Азторэфарат ^азоспан " 5" " 18Э2г.

fJT^'ípgO'*

;> ■ ?.>} ¡ ' i

' ОБЩЛЯ ХАМНТЕИ1СТЙИЛ РАБОТЫ.

'ÍC/:

T,;4¡"t ^муаяьность_ me m обусловлена тем, что исслодоианис слабых лептонннх и популептонннх распадов позволяет получить ва«н"ю ривормацпс о япнакнке яэаииодеяствия кварков в аяронах, а ташка об элементах матрицы КвббвВо-Новая»»-Иаскавы (НИМ). Эти элементы являются tvHnaHQH'-inbiitwn параготраии стандартной творив опоитрослзбсгс вэамно»еТ2стпия, точное оградогенпе их важно лил проверни стандартной копеля и поиска вэзиоздых лзлеиип, связанных с "новой физиков".

Введение в вействаа о- и о- г- çartpiiH поеволит ряссярять я уточнить чпаюянеся икс перикентчпьина дзнкыв по хяранан популептоиннХ; nsnva«titsx распадов в в D везоиов, по в°-б° сисюизанпк я ср-нарушена». Однано ааг/тэчение элементов иатрнпи (НИМ) ия зтмх яаянмг. Судет затруднено теоретическими неопределенкостянв в расчетах эдроинах матричных элементов, входадйх в формулы для этих спрян. В связи с эуии важной задачей представляется раорзвртке квтодя расчэтй ггин:: здаменточ.

бунЯаквитальноЯ таорзтичвсиоЯ основоя для изучения ио»1варяоьых э?апиод«>йстспЯ слуктат квантовая кропосянамонд !ИХЮ. В oemcïii вксоиих онертия tua нгпых расстояниях! свояство всскиптотичесноЧ eaoeonte позволяет яспопьв ваТь хоровс отработан яме методы Teopsa вувиуввии», поэтому сысоиоэчергвтнчзскзп область является наквооеэ «пучвнпоЯ. В то ия врэмл рост иоистанты связи КХД as с расстояние» делает твори» зозкувеипя нвпрмнвняноя при магых энергиях (на больших рагсгояк*ях>. Известно, что на Оольенх я средних расстояявй происходят форккроояг'пе кногих характарястаи кеэонов. Поэтому больвое эчаченпз имеют потопы, с поиовью которых йейно всстенооать дииомеиу взаинодбИсгвнл нпариоз в инфракрасное области.

Из суввствугцих лояходо» ( т»ч»слв»н1Я на реизтнах, правила сумм а пяэгкчмма састваныв мопвлр) *нарновые м одели являются

немее обоснованными э раинах КХД, но аато поьаолпэдшш описать налСопьиоо число энспвринентапышх ванных, Б настояавз я раня оби&прианзнным яш.яогоя то-» $&нт, что для условного олиеания свойств иааонов необходим >чзт релятивистских о}фы:тоо, поскольку средине скорости иварнов в мезонах велалв, Так дли поттоиония

2 2 г> .1

<v /о > в 0.07, но уиэ для чзрмоиия <v /с > »• 0.22, Сапичииз

о 1

',v"/e"> от бог^сэ возрастает для иэ-зоиов, соп^раавик негнив

KD3PKB. С.5адосатвчьно, необходима формулировка релятивистской

ниарковон модели с ыапим числом пзрак&троа, в которой

кепольэуютег лыз;ь нэабо'иа ойцае сообрахзшцл - с»руитуре потемцн-

ла эзаиноиопстоал (шармзв на бопъз.ах расстояниях, основанные на

НХД. Иаучпикс d рамках этоН иодоля слабых лептошшх и

попупвпюнних )пспавос г'эзйкоа позволит поп/чкть информацию об

зпамантах награды ККМ и с нионознергатичесноИ области иэшшарно-

вого виаииодайствая.

Целрр_ âuccepmagup является списание в ранках реяптввнстсиой

кварновов кокепи, оснсигмноа на кваэкпотенииалъком матода,

спонтра касс к распадов иезонсз, сояориащпг тяйэлыэ (Ь и с)

кварка. Основное вивканез увепяотся полу.пэпюннын и слабым

лептоннги распадам в н D к&зокои, я такеэ в0-Я" сиевисгним.

Ял/чиаи «сшиа. и. ррзхжичрр/за_цеинс-сяь^ рабош.

D ракках роллтквкстскоз гагрноаоа иодоли, 1ыстраеш>оЕ иа

оснозэ иваввпотйнцвального m г оса, впврвьгз получена выражения для

форедзнторов лопулеитоаных расиадоь ыезоиоз s вычнепони значения

псевдоснапярныл констант распада fp с учотся ропятявмстсиих 'd, 2

пог.раьон лоряька v /о . 1к>иасзнс, что учат релятызвстскйх

*

поправок спя ^рри^актсроз распада ia^ позволяет достигнуть

соответствия с экспериментальными даннымй, Реэулматы расчв7а, в отличил от данных пругих нэарноаыя иоделег, гюпадгшт е прокепы энернрикеитальных овибок. feu полученные значении (яиран nnr,vrfin"04nwx распадов В~ и ° - mcjonob гвгиаслтвтя с

экспериментом.

Нваокпотенцичлькяя квармовая педаль позволпет превсназать виримш .9ПТ0Н11ЫХ ркспасов в- и В- неэонов и тех популептонных распадов, которые пока не иакереиы на опыте. Ррэрп^станныи ь работе нетоп учета релятивистских поправки при расчете матричных элементов адронного тона между связанными состояниями иоявт быть применен и «ля описания оругех, например келептонных и редких, распаяоа мезонов,и такие при неслеловании свойств барноное.

Проведанные расчеты псевдоскалярных констант гр и ширин популептонных распадов н;<ит возможность проверни стандартно! модэи» и точного определения элементов матрицы НИН после получения подробных данных с В- и с-х- фабрик.

Результаты диссертации могут быть использованы при планирования экспериментов.

Аппюбация рабопы.

Основные результаты работы ягнлэдовались и обсуждались на научных конференциям Отдаления ядерной физики АН СССР (Москва,1989,1990), на Семинаре по проблема« физики высоких энергия и теории поля (Иев.э,Протвино,1991), на Международной Семинчре по проблемам с-с- фабрики (ОИЯИ,Дубна,19911, на Иежаунчродыои Сеиииаре "Кварни-92" (Звенигород, 19921, на научных семинарах ОТ» ОМНИ, НИМД» МГУ.

рублрк .

Йо результата!» выполненных исследовании опубликовано 5 научнкх работ, список которых приведен в конце автореферата.

Сшругыур? к объем ррссертзцеы.

Диссертация состоит на введения, трех глав, сакгаочення и двух пр»яо«енма, годерчмт 12 рисунков, 12 таСпыг и список литературы из 81 наименования. Общий объек- 9* страница.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во ввеЭелие содержится овоскоьаняо гитуалвнсстя темы, формулируются цель и ионхретнве залачя исследования. Кратко изложено сзлержаанэ я»ссертац«а по главам.

S первой сйиьв яэловзйы основные положения релятивистское кяаркэвоИ юнели, базирующаяся на нпазгпотенциальнок методе и проводится анализ, позволяют! фиксировать параметры неделе.

Б параграфе 1 содержится излеиение ивазипотендиапьнсго метола в квантовое теория поля, выписано нвавипотонцяапыюе уравнение, а такое выражение вид «а тройного элемента локального оператора тона нету связанным« состояния«».

8 аараграр» 2 уЗсуяяаетс.-я пслэльзуенал в работе

релятивистская коарковая модель, ее пресполоааыгя, паранетри.

Показан способ вычисления и приведен явный зил нзавипотганциала с

2.2

учетом релятивистских поправок лорллнг Wc .

В параграфе 3 рассматривается метод расчета спектра масс меаонов в релятивистское квгрково! исцопя, лаются предсказания спектра масс В^- кээоиов. Обс'ткзаетсп выбор аномального ьапьнодеаствуЕцаго хроманат нет ног о момента кварков х из анализа расцепления Р- уровней чарлония (ccl.

В пвракраре 4 кратно яэло»вни результаты расчета вярин ралвгционних Е1- распадов в ньярколиях. Таи как иаляацианные распады нварноииев очынь чувствительны н лорвна-структуре озиираюиего потенциала иэжлвариового вззимоясяствил, их анализ позволяет, спелать ваян« выводы о характере аапкрагшя «парков я фиксировать параметр сиевквания векторного а скалярного потенциалов с.

So вгороО sir«вп исспеиуются слаОыв лэптоиные раслаоы IV м В-0 0

гоэоиоч и в - В - снепиванме.

В параграфе 5 приводится цмьол релятвиистспс* формулы нля псоваоскзпирнои константы распаял. Полученные значения

- ? -

псевдоскалярных нонстант fp рарки: fö» 200 НаВ; fD 2S0 МэВ; rß= 120 НэВ;

f * 16Ь НэВ; f 410 НэВ. а о

2 2

Анализ показал, что рапятквистсндо поправим порядка v /а

приводят к уменьшении кочстант рас пана fp на 10- 2GX по сравнение

с нерелртиввстйкии пределом . Для соении точности гычисленнде

значения пометан» fp былк рассмотрены изменения результатов,

обусловленные невольш»кя пгтлиацмями параметров потенциала к касс

4 » 4

кварков, а тимза вкладами рвлятисистсмах поправок порядка v/g .

Воанинасаая такми образок теоретическая неопределенность не

превышает 1СХ от значения fp. Предск занял для fQ согласуются с

s

энспврчивнггпьним эиачэнкэи f^ = (2в7*20)НзВ [AßGUSJ. Так как

а-

остальные константы шм О- а В' нозонов пока не измерены на

опыте, результаты для нях сраэниваются с цругии» иоделяма.

В нйреярафв в значения констант f р испольвувгся для

вычисления относительны* вероятное той слабых лептонкых распадов

В- и V- мазоков, Результаты представший а таблице 1.

Предсказанная относительная вероятность ц*ч) близиа н

экспериментально достигнутому noiwry обнаружения и будет с

хорала В точностью измерена на с-х (JaßpMHe. Это позволит

определить рсеввосиаляриую «онстзнту « повысить точность

определения элемента V^ патрицы ХКМ. Наблюдение распадь В-» тк с

Предсказанной вероятность» будет вогмояро на й- фебряне, Точное

нзкчрвнпе ширцгм распада в-» «к на б- #зврина позволит существенно

улучоить точность определения-изтричного гтаиента V ^ .

3 параграфе 7 ¿наляэирувтея ь° емвиявэнйв. При оценке

Иатрвчиого элемента В^3- сиеянпзиия применяется приближенна

вакуукиог о насыщения, с хорощой точностью выполняющееся для

Б-кеяокоа. С использовании» оэруг.ьтатоя расчете) f и

в

экегюринейтапьного зианйни» napanetri емваивания у^ устанввпана

связь иежду матричнын энементо» V.. к массой х.- иваика в.. Иа

с.а с

экспериментальных ограничения на получена оценма зпекента

Таблица 1. Относительные вероятности лептокных распадов В- и Б- мезонов.

.Конечное ' .сост. Начальной . сосг. ' и*»

3.2*10'* 7.2*10 "4

&.2*10"3 4 . 5*1

в' 9.3*10"3|УиЬ!2

В третьей главе Рзссиагревартся полулептоиниу распаны

В-«( !)-«.(К*и

В параграфе 8 кратно обсуждается актуальность изучения и

некоторые проблемы пояулв тонных распадов моаонсв, прнвесены

определения для фернфэктороэ и й полулепгенных распадов

я псевдоскалярный и в векторный мезон. Записаны выражения для

полной виряны распада и отрооепкя ыкрин распада с продольной и

поперечной поляризацией конечного векторного мезона.

В параграфе 9 попучзны формулы для форнфакторор полупепгонных

2 , 2

распадов с учетом релятивистских поправок перлянэ у /с по скорости тяжелого кварна, Из ник видно, что релятивистские поправки к форифаиторам явно зависят от лоренц-структуры запиравщого потенциала искнварнового взаииовействия. Эти ♦ормулы в пределе V /о -Ю переходят в известные нсролятиввстские выражения для полул&лтонных формфакторов. СЮсужяается зависимость

♦ормфантсрос о? переданного икпупьса Ь . Она имеет вид; а! для распада В -»A-if^ (в псевдоскалярный незон)

2) для распада В -»A^tv^ !в еанторныа незон! d(.V)=e(y„.v)I(y)?;(y) ,

ЛЯХ А

где Ну), 2'у'* некоторые функции, у нинеиатйчеснал

переменная, связанная с В проведенной сравнение с пределом

бесконечных нас с кварков (т.н. прэдел Вачгура) показано, что в этой пределе э^онснмость^ориЗачтороп от у носит тот ксэ характер. В нерелятиввстснму. моделях все форифакторы зависят от у одинаковым образом. По отнояенив :: пределу Виэгура получинные результаты мокно рассматривать иан учет поправок, обусловленных телятивистокаия э$0ентам» относятегтьного двияснял кварков в иеэове.

В параграфе 10 содержатся |»зуг.ьтать» численных расчетов формфактороа и пармн полулелтонных распадов В- и Г- низоноп. Наибольший интерес представляет распад поснопъиу

недавние подробные экспериментальною данные по форнфанторам и лирние этого распада противоречат предсказаниям болывинства тпорзтичесчпх молетЯ (си. таблицу 2). У«ет рочяти»*стских воправон позволяет получить значения форяфантороэ э согласи» с экспериментом, 0ти эиаченич совпадают и с оценками на НХЯ рееетне (ins). Еярины распада D-» вычисленные с

испольпованием релятивистских формфанторое, приведены в таблице 3. в сравнении с экспериментом (ссылки и номера Формул укзгони по диссертации). Там «в показами результаты, лолучакщиеся если ччесто Ii у) взять полкгснук зависимость для формфзнторов.

Таблица 3. Сравнение экспериментальных данных по ♦ормфакторзи лог.улелтонногь распада D-* с теоретическими првдсььагиияии.'

Сорк4&кгор Зкслервкент №91 Результат работы IS 158) KW 1681 GS t60] KS iCl] LKS tcaj

Aj(0> Q.46-G.05 0.43 O.S 0.9 0.8 1.0 0, 53'0.03

A2(OJ 0.0-0.2-0.1 0.29 0.8 1.2 0.6 1.0 0. iS-0.21

V<0) ■ о.9±о.з±о.1 O.SO 1.1 1.3 1.5 1.0 0. dfiio. 10

Таблица 3, Данные по внринам полупеп-. шых распадов Е-»К(к*)

в сравнении с экспериментом.

Результаты работы: Г(В-» Ulr.), iolV* ПВ-» К , ir.10 1 10 a rL/rT пк*)/пк>

Зависимость -

(4.22)- 14.25) ».1 - 4.3 • 1.6 0.47

Полосная доминантность 9.7 6.0 1.25 0.61

Эксперимент: В691 tCS,7S] 7.3-1.3 3.9-1.2-1.4 4.2-0.7-0.5 +0,6 1.8 So -0.4 3 o.ifiio.osi ¿О.07 ~

PBG [113 6.1*1.2 3.Gic.fi

KAHK|i73] "7.8-1.2*0.Э +1.0*0 0.6 -0.1-0 1 2 +0.3 l.C -0.2

CLKC. {74] 0.51*0.18-ie.os.

AKGbS i 7 4 J o. »Bia.iii rO . 09

1 a j I у.) =

a tir)-.

- а+!у)<мл+мв;; v(у)- e(yHMA+Mt).

- и -

Таблипа А. Предсказания относительных вероятностен распадов В-»0< 0* отноаеник еирян ра спала с продольной и поперечно»

поляризацией в сравнении с энспериконтом.

«■евультаты рабэты: ВК(В-©е»е) ВК(ВчО*«Рс) Г, /Г_ • Ь I •

Зависимость 14.22)-14.26) Полвекал яомянаьтность 10.3 )7оЪ)г 25.7 17сЬ12 1.2 1.4

дкегтрятвнт: АМИЯ С1.УС Г 791 Сгуя1а1 Па11 180] 1.5±0.5±0.3 1751 1.8-о.с^о. а) т)* 5.8-1.4*1.3 1781 4.1*0.8-0.з1 0 . + * • » 4.6*0. 5^0.1) Т> Т.0-1.>¿1.4 0.85*0.45 179] о.вз*о.зг±о. 13

♦орифаитэрн псяупептоиннх распался ВнВ( пока не

намерена экспериментально, из ог<мта известны только относителып«? »ероятноста этих 'распадов (табл.4). Из сопостячленчя результатов >эсчетя для ВЗ(В->В(0*с данными ^эксперимента, найдена оценка

!ГЯ УсЬ:

V • 0.0*1 ^ 0.008. он

( этом параграфе оСсуярается татя распад для которого

иаются ляаь косвенные окспериионтзгьнда ранимо.

Р чанлючэкни сформулированы оспорим? рчзульуаты ряВоты. В приложит* ! праеедены *спольпут«ыэ обозначения. В припоясни* 2 показан способ вычисления псввпоскагр.рнои Ьнстаиты распада иа пространственно! част» матричного элемента ггабого тона иояау вануунои я иезонннм состоянием. ОСНОВКЪЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ,

В ранках рвиятивистсно» кварновой мосегт, построенной на

основе нвазипотенциальаого метопа:

1. Проверен расчет спектра масс ис~ иеаонов.

2. Получено релятивистское выражение для лсеадосвалярноя

константы распада fp, С его поиояьв вычислены псевдоскалярные

ненстянты распада для В- и В- меаопсв. НаЯденнью значения

сравнивается с предсказаниями других моделей. Знсадринснтальные

данные имеется пока только дс константа Г- и они херово

а

согласуются с теоретической оцвннсз, привввенноИ в главе 2.

3. Вычислены относительные вероятности ладтонных распадов В- и Е- мезонсв с испопьвованиви релятивистских значении .

—(I п

4. Ил анализа экспериментальных данных по В^- В^-смевиэаиию установлена зависимость величины элемента иатрксы НКй У^ от массы кварка т^. Получена оценка .«ЛС^О.ООб. Предсказано значение цианеЯ границы параметр« 8в~ В^-сиемив^ы«« 5.

5. Навиены сираявиип для фори^акторов лопуоепт оиних распадов

2,2 „

мезонов с учетом релятивистских поправок порядка V /с . Полученные Формулы указывают на то, что репдтивистскио поправим и $ориэ»иторан явный образом зависят от иоренц- структуры потенциала меанваркового взаимодействия.

¿ 2

6. Показано, что учет релятивистских поправки порядка у /о для «орм^анторов 'распада О-ж'О'^ позволяет «истмгнуть, соответствия с экспериментальными значениями, иэиервинмии мадчвно лоллаборацияня Е6Э1 и Е653. Результаты вычислим*», в отои*ию от данвнх других нварноынх кодера», попадает в пределы экспертиз тальник оямбоа.

7. На основе релятивистских амачени* форн^акторов иакдены вирины популйптои-ных распадов 0-)К( К*}£)>£, п тгтае от«ошенми щн:л1И рас г«па с продояьно* и подьредаов я«ляр«эа*ие* векторного, мезона К*. Все результат« хорево согласуются с миегоикся зяенврименгом.

8. Рассчитаны фьо»н)аи? ори и относитег^н^е верхштнвети лолулептовных распадов > •€«»,. 'йэ сравнения с опытом сослана ' оцениа .ча

-и - '

иатричмыЯ эле цент • ¡УеЬ 1=0.04) (№6. Полученные т^уретическиб

дзнцме по распадам совпадают с экспериментальными п

пределах сшиЧок. Приведено прапсиазаьин для распада

OcHi-jHbia рязультатн диссертации опубликованы в работах:

1. О.О.Галнин, A.D.MnoypOB, КН. Ф&устов. Рапиацво^ны Е1- распали ьваркониеь в реплтяпнстской ивяриоьоя иояепи. Я1, т.51 , в.4, c.JKU-НС9,' (1380» .

2. В О.Галкин, А.а.Иноуроа, P.II. Фаустов. Псевдоскалярные нонгуаипы распадов В- » D- иаэонов а релятивистской неарковоя модели. Я®, т.53, п.6, C.1676-1SS1, (1991).

3. K.tKb'auatcv, V.O.Galkln, A.'/u.rtiahurov. SeaJlept.oniо decays ¿f P- and 3- neaons in the reiatlvistic quarh model. JINK E2-91-451, Uubua, (1001).

4. В.О.Гальин, Л.В.Миауров, P.H.Фаустов. Попупвптонние распады в

И D- мааонов d ропятивистсиоп нварнтвоп модели. ЯО, т.5Ь, n.i, с.1080-1089, i 19i'2) ,

5. В. 0. Галкин, А.В.Хчауров, Р.Н.Фаустов. Массы мезонов в рэля'гивмсгскоМ ньарновоЯ модели. Я9,Т.55, B.S , (1392).