Описание работ

Предлагаемый цикл работ посвящен исследованию эксклюзивных распадов B_c-мезона в тяжелые кварконии с образованием легких мезонов.

Хорошо известно, что тяжелые кварконии занимают особое место в физике элементарных частиц. Благодаря тому, что масса валентных кварков, из которых они состоят, значительно превышает масштаб сильного взаимодействия, амплитуды процессов с участием тяжелых кваркониев распадаются на две практически независимые части, которые описывают рождение (или аннигиляцию) кварк-антикварковой пары и адронизацию этой пары в физически наблюдаемый мезон. Таким образом, исследование процессов с участием тяжелых кваркониев позволяет изучать физику сильных взаимодействий на различных масштабах: как на малых расстояниях, где применима теория возмущений, так и в непертурбативном режиме. Нашей группой уже были подробно исследованы процессы с участием тяжелых кваркониев со скрытым ароматом, то есть мезонов, которые в валентном приближении состоят из пары c-кварков (чармонии) или b-кварков (боттомонии).

B_c-мезоны, которые в валентном приближении состоят из b- и c-кварков, занимают промежуточное место между чармониями и боттомониями. В результате подробное их исследование дает дополнительную возможность независимой проверки моделей, которые хорошо зарекомендовали себя при описании тяжелых кваркониев со скрытым ароматом. Кроме того, поскольку распад основного состояния B_c-мезона может быть вызван только слабым взаимодействием, исследование этих процессов позволяет изучить и электрослабый сектор Стандартной Модели. В настоящее время экспериментально открыто только основное состояние из семейства Bc-мезонов, причем наблюдались лишь три распада этой частицы с образованием J/-мезона. На ускорителе LHC ожидается обильное рождение B_c, что даст возможность наблюдать и другие распады этой частицы. Ясно, что необходимо иметь надежное теоретическое описание таких процессов.

В предлагаемом цикле работ рассматриваются эксклюзивные распады B_c-мезона в тяжелые кварконии (J/-мезон, векторный или псевдоскалярный B_s-мезон) с рождением легких частиц (от одного до четырех -мезонов). В рамках теоремы о факторизации амплитуды таких процессов распадаются на две части, которые описывают слабый распад B_c-мезона в тяжелый кварконий Q и виртуальный W-бозон и адронизацию этого бозона в конечную систему легких мезонов n . Первый подпроцесс параметризуется набором форм-факторов вершины B_c  W*+Q, а второй описывается так называемыми спектральными функциями. Теоретическую информацию о формфакторах распада B_c-мезона можно получить из различных теоретических моделей (например, правил сумм КХД или нерелятивистских потенциальных моделей), а спектральные функции в ограниченном кинематическом интервале измеряются, например, при исследовании распадов -лептона   _ + n . В статьях приведены аналитические результаты для распределений ширин рассматриваемых распадов по инвариантной массе системы легких мезонов и численные значения относительных вероятностей этих процессов. Для двух-частичных распадов, которые уже были исследованы в предыдущих работах, наблюдается хорошее согласие с доступным результатами, а распады с большим количеством конечных частиц рассматриваются впервые.

Ясно, что в рассматриваемых распадах B_c-мезона область изменения инвариантной массы системы -мезонов больше, чем в аналогичных распадах -лептона _+т. Это дает возможность независимого измерения спектральных функций на более широком интервале. Кроме того, большое количество конечных частиц в рассматриваемых распадах позволяет разделить вклады различных форм-факторов и измерить их с хорошей точностью.

Хотелось бы подчеркнуть, что описанный выше формализм, использующий спектральные функции перехода виртуального W-бозона в конечную систему легких мезонов позволят получить только распределения по квадрату полного импульса этой системы, вся информация и динамике подпроцесса Wn pi при таком формализме теряется. ясно, что для экспериментального исследования этих распадов необходима более подробная теоретическая модель. Именно это является темой дальнейшего исследования. Уже практически написан генератор рассматриваемых распадов, который легко может быть включен в существующий программный комплекс GAUSS, используемый группой LHCb на ускорителе LHC