In my thesis I present our work on the bottom-baryon light-cone distribution amplitudes (LCDAs) and on the [bq][ bq]-tetraquarks. For the former we extended the known LCDAs for the ground state baryon Λ b to the entire b-baryon ground state multiplets and included s-quark mass-breaking eects. The LCDAs form crucial input for the calculations of characteristic properties of b-baryon decays. In this context they can for example be used in the calculation of form factors for semileptonic

more »

... ing neutral-current (FCNC) decays. For the [bq][ bq]-tetraquarks, we calculated the tetraquark mass spectrum for all quarks q = u, d, s, c in a constituent Hamiltonian quark model. We estimated the electronic width by introducing a generalized Van Royen-Weisskopf formula for the tetraquarks, and evaluated the partial hadronic two-body and total decay widths for the tetraquarks with quantum numbers J P C = 1 −− . With this input, we performed a Breit-Wigner t, including the tetraquark contributions, to the inclusive R b -spectrum measured by BaBar. The obtained χ 2 /d.o.f. of the BaBar R b -scan data is fairly good. The resulting ts are suggestive of tetraquark states but not conclusive. We developed a model to describe the transitions . The model includes the exchange of light tetraquark and meson states. We used this model to t the invariant-mass and helicity spectra for the dipionic nal state measured by Belle and used the results to estimate the spectra of the channels e + e − → Y b → Υ(nS)(K + K − , ηπ 0 ). The spectra are enigmatic in shape and magnitude and defy an interpretation in the framework of the standard bottomonia, requesting either an interpretation in terms of exotic states, such as tetraquarks, or a radical alteration of the, otherwise successful, QCD-based bottomonium-model. The tetraquark hypothesis describes the current data well. Our ts yield a good χ 2 /d.o.f ≈ 1.5 of the Belle data and show a clear resonant structure originating from the 0 ++ states. Additionally the 2 ++ state f 2 (1270) contributes to the transition Y b → Υ(1S)π + π − . The predictions for the spectra are distinct from what is expected for the known bottomonia, thus providing specic tests for our tetraquark interpretation. More precise data from not only the Super-B factories at KEK and Frascati, but also from a recent run of the Belle experiment in the rst half of 2010 will provide further stringent tests. If our predictions are conrmed by experiments our dynamical model will be the rst theoretical work giving rise to the discovery of tetraquarks with a hidden b b content. Zusammenfassung In der vorliegenden Doktorarbeit präsentiere ich unsere Analyse auf dem Gebiet der Bottom-Baryon Lichtkegeldistributionsamplituden (LCDAs) und der [bq][ bq]-Tetraquarks. Für erstere können wir die bereits bekannten LCDAs des Multiplets der Grundzustandsbaryonen Λ b auf die Gesamtheit aller bottombaryonischen Grundzustandsmultiplets unter Einbindung der Strange-Quark Massenbrechungseekte verallgemeinern. Die LCDAs sind unverzichtbare Eingangsgröÿen für die Berechnung der charackteristischen Eigenschaften der bottombaryonischen Zerfälle. Für die [bq][ bq]-Tetraquarks haben wir die Tetraquarkmassenspektren für alle Quarks q = u, d, s, c in einem hamiltonischen Konstituentenquarkmodell berechnent. Wir haben für Tetraquarks mit den Quantenzahlen J P C = 1 −− die elektronische Zerfallsbreite mit einer, für Tetraquarks, generalisierten Van Royen-Weisskopf Formel abgeschätzt, sowie die partielle, als auch die totale, hadronische Zweiteilchen-Zerfallsbreite berechnet. Mit diesen Kenngröÿen führten wir eine Breit-Wigner Ausgleichungsrechnung, unter Einbeziehung der Tetraquark Beiträge, an das, von BaBar gemessene, R b -Massenspektrum durch. Das erhaltene χ 2 ist gut. Die resultierenden Parameterabschätzungen sind zwar suggestiv, allerdings nicht eindeutig. Zur Beschreibung der e + e − → Y b → Υ(nS)(π + π − , K + K − , ηπ 0 ) Übergänge entwickelten wir ein Modell, in dem das Tetraquark Y b mit den Quantenzahlen 1 −− beiträgt. Unser Modell berücksichtigt den Austausch leichter Tetraquark-und Meson-Zustände. Weiterhin benutzen wir dieses Modell für eine Ausgleichungsrechnung der Invarianten-Massen-und Helizitäts-Spektren der von Belle gemessenen dipionischen Endzustände und benutzen die Ergebnisse für eine Abschätzung der Spektren für den Prozess e + e − → Y b → Υ(nS)(K + K − , ηπ 0 ). Die gemessenen Spektren sind rätselhaft in Gestalt und Gröÿenordnung und widersetzen sich einer Interpretation im Rahmen der bereits bekannten Bottomonium-Zustände und verlangen damit nach einer Interpretation durch exotische Zustände, wie beispielsweise Tetraquarks, oder einer radikalen Änderung des, sonst sehr erfolgreichen, QCD basierten Bottomonium-Modells. Unser Modell beschreibt die verfügbaren Daten hingegen sehr gut. Unsere Ausgleichungsrechnung für die Belle Daten ergab einen guten Wert von χ 2 /#Freiheitsgerade ≈ 1.5 und wies eine deutlich resonante Struktur mit Ursprung in den 0 ++ Zuständen auf. Zusätzlich trägt der 2 ++ Zustand f 2 (1270) bei dem Übergang Y b → Υ(1S)π + π − bei. Unsere Vorhersagen der Spektren sind immanent-und desweiteren gut unterscheidbar von den erwarteten Spektren der bekannten Bottomonia-Familie und stellen damit hervorragende Tests unserer Tetraquark-Interpretation zur Verfügung. Präzisere Daten der Super-B Fabriken am KEK und in Frascati, aber auch von einer in der ersten Hälfte des Jahres 2010 unternommenen Messung am Belle Experiment werden weitere wichtige Tests liefern. Sollte unsere Folgerung von den Experimenten bestätigt werden, wäre unser Modell die erste theoretische Arbeit, die Anlass zur Entdeckung der Tetraquarks mit verstecktem b b Quarkgehalt gegeben hat. Foremost I want to thank my supervisor Ahmed Ali for his support and guidance. I very much enjoyed the years during my PhD thesis and the many discussions, in which I had the opportunity to broaden my knowledge in avor physics thanks to his help and his patience. I am grateful for the support of Prof.