Aspects of hadronic B decays in and beyond the standard model

Vernazza, Leonardo; Beneke, Martin

doi:HT016121712

Aspects of hadronic B decays in and beyond the standard model = Aspekte der hadronischen B-Zerfälle im und jenseits des Standardmodells

Vernazza, Leonardo

2009

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Leonardo Vernazza

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

UmfangVI, 223 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Beneke, Martin (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-10-16

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-29873
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51318/files/Vernazza_Leonardo.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Teilchenphysik (Genormte SW) ; Standardmodell (Genormte SW) ; Hadronischer Zerfall (Genormte SW) ; CP-Parität (Genormte SW) ; Physik (frei) ; CP-Verletzung (frei) ; hadronischer B-Zerfall (frei) ; particle physics (frei) ; standard model (frei) ; hadronic B decay (frei) ; CP violation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
In dieser Dissertation behandeln wir einige Themen aus dem Bereich der hadronischen B-Zerfälle, sowohl innerhalb als auch jenseits des Standardmodells. Im ersten Fall konzentrieren wir uns darauf, die starke Wechselwirkung bei niedrigen Energien besser zu verstehen. Wir betrachten insbesondere B-Zerfälle in einen Charmoniumzustand und ein leichtes Meson. Wir entwickeln eine vollständige Behandlung der starken Wechselwirkung bei niedrigen Energien im Rahmen der QCD-Faktorisierung, wobei wir die Charmoniumzustände als nichtrelativistische gebundene Zustände behandeln. Dies erlaubt es uns zu zeigen, dass im Grenzfall schwerer Quarks eine störungstheoretische Behandlung dieser Zerfälle möglich ist, sogar für Zerfälle in P-Wellen, die in früheren Studien als nicht-faktorisierend identifiziert wurden. Wir erreichen dies, indem wir die Bindungsenergieskalen von Charmonium in die Analyse einschließen, was wiederum erforderlich macht, Charmoniumproduktion durch Farboktettoperatoren zu betrachten. Obwohl große Unsicherheiten bestehen, finden wir sinnvolle Parameter-Wahlmöglichkeiten, die die wesentlichen Eigenschaften der experimentellen Daten - große Korrekturen zur (naiven) Faktorisierung und Unterdrückung der chi_{c2}- und h_c-Endzustände - reproduzieren, wenngleich die Unterdrückung des chi_ {c2}-Zustands nicht so stark ausfällt, wie man sie in den Daten sieht. Unsere Ergebnisse liefern auch ein Beispiel dafür, wie eine Endpunkt-Singularität in der harten Spectator-Wechselwirkung faktorisiert und in Farboktettoperatoren absorbiert wird. Der zweite Teil der Dissertation widmet sich einer Reihe von Analysen nicht-leptonischer B-Zerfälle in Erweiterungen des Standardmodells. Diese Studien verfolgen zwei Ziele: einerseits möchten wir die Empfindlichkeit dieser Zerfälle auf Neue Physik prüfen; andererseits suchen wir tatsächliche Diskrepanzen zwischen theoretischen Vorhersagen und experimentellen Ergebnissen, und versuchen, sie im Rahmen eines Modells Neuer Physik zu erklären. Den ersten Aspekt betreffend betrachten wir zwei gut motivierte Szenarien Neuer Physik, in denen große Abweichungen vom Standardmodell erwartet werden, nämlich das MSSM mit großem tan beta, und eine supersymmetrische GUT, in der die großen Neutrinomischungswinkel zu einer großen Mischung zwischen den rechtshändigen Quarks führen. Wir stellen fest, dass in beiden Fällen die Auswirkungen auf nicht-leptonische B-Zerfälle gering sind, wenn Einschränkungen aus anderen Flavour-Observablen, etwa aus leptonischen B-Zerfällen, berücksichtigt werden. Bezüglich des zweiten Aspekts konzentrieren wir uns auf jene Diskrepanzen zwischen Theorie und Experiment, die auf Neue Physik im elektroschwachen Pinguinsektor der Theorie hindeuten. Wir betrachten ein Szenario mit modifiziertem Z^0-Pinguin, das diese Möglichkeit verwirklicht, und ermitteln die Kopplungskonstanten des Modells durch einen Fit an B->pi K-Zerfallsdaten. Wir zeigen, dass in dieser Modellklasse eine große Verstärkung der B->phi pi, phi rho-Zerfallsraten zu erwarten ist, wenngleich dieser Effekt schwächer ausfällt, wenn Einschränkungen aus semileptonischen B-Zerfällenberücksichtigt werden.

In this thesis we address various issues of hadronic B decays, in the Standard Model and beyond. Concerning the first aspect, we focus on the problem of understanding better low energy strong interactions in these decays. We consider in particular B decays into a charmonium state and a light meson. We develop a complete treatment of low energy QCD interaction in the context of QCD factorization, treating the charmonia as non-relativistic bound states. This allows us to demonstrate that, in the heavy-quark limit, a perturbative treatment of these decays is possible, even in case of decays into P-waves, which were found to be non-factorizing in previous studies. We achieve this, including in the analysis the bound state scales of charmonium, which in turn requires to consider charmonium production through colour-octet operators. Although there are very large uncertainties, we find reasonable parameter choices, where the main features of the data - large corrections to (naive) factorization and suppression of the chi_{c2} and h_c final states - are reproduced though the suppression of chi_{c2} is not as strong as seen in the data. Our results also provide an example, where an endpoint divergence in hard spectator-scattering factorizes and is absorbed into colour-octet operator matrix elements. The second part of the thesis is devoted to a series of analyses of non-leptonic B decays in extensions of the Standard Model. The aim of these studies is twofold: on one hand we are interested in testing the sensitivity of these decays to new physics; on the other hand, we look for actual discrepancies between theory predictions and experimental results, trying to explain them in the context of a new physics model. Concerning the first aspect, we consider two well-motivated new physics scenarios, in which large deviations from the Standard Model are expected, ie the MSSM with large tan beta, and a supersymmetric GUT in which the large neutrino mixing angles give rise to a large mixing between the right-handed quarks. We find that, in both cases, effects in non-leptonic B decays are small, when constraints from other flavour observables, like leptonic B decays, are taken into account. Concerning the second issue, we focus on the discrepancies between theory and experiment, which point to new physics in the electroweak penguin sector of the theory. We consider a modified Z^0 penguin scenario, where this possibility is realized, and we fit the couplings of the model from the B->pi K decays. We show that, in this class of models, a sizeable enhancement of the B->phi pi, phi rho decays is expected, even if this is reduced, when constraints from semi-leptonic B decays are considered.

Fulltext:
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