Study of doubly heavy baryon lifetimes

Abstract

A bstract We study the lifetimes and inclusive semileptonic decay widths of doubly heavy baryons within the framework of heavy quark expansion. Our analysis includes next-to-leading-order corrections to the dimension-3, -5, and -6 operators, together with the leading dimension-7 contributions, while the nonperturbative matrix elements are evaluated in a bag model with translationally improved baryon wave functions. We obtain $$ \left({\tau}_{\Xi_{cc}^{++}},{\tau}_{\Xi_{cc}^{+}},{\tau}_{\Omega_{cc}^{+}}\right)=\left({2.67}_{-0.94}^{+0.95},{0.47}_{-0.08}^{+0.09},{1.79}_{-0.62}^{+0.64}\right)\times {10}^{-13}\mathrm{s} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mfenced> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Ξ</mml:mi> <mml:mi>cc</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Ξ</mml:mi> <mml:mi>cc</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msubsup> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Ω</mml:mi> <mml:mi>cc</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msubsup> </mml:msub> </mml:mfenced> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mfenced> <mml:msubsup> <mml:mn>2.67</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.94</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.95</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:msubsup> <mml:mn>0.47</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.08</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.09</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:msubsup> <mml:mn>1.79</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.62</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.64</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mfenced> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:math> and $$ \left({\tau}_{\Xi_{bb}^0},{\tau}_{\Xi_{bb}^{-}},{\tau}_{\Omega_{bb}^{-}}\right)=\left({0.75}_{-0.11}^{+0.13},{0.92}_{-0.15}^{+0.15},{0.93}_{-0.15}^{+0.15}\right)\times {10}^{-12}\mathrm{s} $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mfenced> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Ξ</mml:mi> <mml:mi>bb</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msubsup> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Ξ</mml:mi> <mml:mi>bb</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msubsup> </mml:msub> <mml:msub> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:msubsup> <mml:mi>Ω</mml:mi> <mml:mi>bb</mml:mi> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:msubsup> </mml:msub> </mml:mfenced> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mfenced> <mml:msubsup> <mml:mn>0.75</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.11</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.13</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:msubsup> <mml:mn>0.92</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.15</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.15</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:msubsup> <mml:mn>0.93</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.15</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.15</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mfenced> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>12</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mi>s</mml:mi> </mml:math> . The lifetime hierarchy patterns are found to be $$ \tau \left({\Xi}_{cc}^{++}\right)&gt;\tau \left({\Omega}_{cc}^{+}\right)&gt;\tau \left({\Xi}_{cc}^{+}\right) $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:msubsup> <mml:mi>Ξ</mml:mi> <mml:mi>cc</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mfenced> <mml:mo>&gt;</mml:mo> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:msubsup> <mml:mi>Ω</mml:mi> <mml:mi>cc</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msubsup> </mml:mfenced> <mml:mo>&gt;</mml:mo> <mml:mi>τ</mml:mi> <mml:mfenced> <mml:msubsup> <mml:mi>Ξ</mml:mi> <mml:mi>cc</mml:mi> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msubsup>