[論文レビュー] Basics of D0-\bar D0 Mixing

Patricia Ball|ArXiv.org|Mar 22, 2007

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、長距離QCD効果によって支配される微小な標準模型（SM）寄与のため、新しい物理に対する感受性が強い$D^0$--$\bar{D}^0$混合について理論的概要を提供する。実験的証拠としてバーバーとベレが報告した$y \sim 10^{-2}$は、SMの予測を大きく上回っており、非摂動的寄与が顕著であることを示唆している。また、SMにおけるCP対称性の破れが極めて抑制されていることから、混合におけるCP対称性の破れは、新しい物理を探索する洗練された手段である。

ABSTRACT

Complementing the presentations, at this conference, of the first experimental evidence for $D$ mixing found at BaBar and Belle, I discuss the theoretical status of $D$ mixing.

研究の動機と目的

• 新しい実験的証拠を踏まえた$D^0$--$\bar{D}^0$混合を理解するための理論的枠組みを提供すること。
• 短距離SM寄与の抑制が原因で$D$混合が新しい物理に対して極めて感受性が高いことの理由を明確にすること。
• 特にSU(3)多重項における位相空間の抑制を含む長距離QCD効果が、観測された混合パラメータを生成する役割を分析すること。
• SMにおけるCP対称性の破れが極めて抑制されていることから、混合におけるCP対称性の破れが、理論的に洗練された新しい物理の兆候であることを強調すること。
• 現在の理論的手法（包括的および排他的な手法）が$D$混合における$x$および$y$を予測する際の限界を評価すること。

提案手法

• 非対角な$M$および$\Gamma$行列を用いたシュレーディンガー方程式を用いて、$B$混合の形式的展開を$D$混合に適応する。
• 混合パラメータ$x = \Delta M / \Gamma$および$y = \Delta \Gamma / (2\Gamma)$を、平均幅$\Gamma$で正規化して定義する。
• 誤った符号の崩壊率と好ましい崩壊率の比を用いて$x'$および$y'$を抽出し、$|q/p|$および強い位相効果を組み込む。
• 内部の$s$および$d$ quarkを含むボックス図を分析し、SM寄与がGIMおよびCKM因子によって抑制されることを示し、$x_{\text{box}} \sim 10^{-5}$が得られることを示す。
• 中間のハドロン状態の和をとる排他的な手法を適用し、特にSU(3)多重項における位相空間の抑制が大きな$y$を生成する要因であることを強調する。
• 混合パラメータ$x$と$y$を結ぶ分散関係を導出し、$y \sim 1\%$のとき$|x| \sim 0.1\%$から$1\%$の予測が得られることを示すが、モデル依存性が高くなる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ$D^0$--$\bar{D}^0$混合は標準模型（SM）において非常に小さく、どのようなメカニズムがそれを抑制しているのか？
• RQ2 SMの予測値が$x_{\text{box}} \sim 10^{-5}$と微小であるのにもかかわらず、観測された$y \sim 10^{-2}$はどのように説明できるのか？
• RQ3 特にSU(3)多重項における位相空間の抑制を含む長距離QCD効果が、観測された大きな混合パラメータをどの程度説明できるのか？
• RQ4 ハドロン的不確実性が存在するにもかかわらず、なぜ$D$混合におけるCP対称性の破れは新しい物理の洗練された兆候とされるのか？
• RQ5 包括的または排他的な理論的手法は、$x$および$y$を正確に予測できるのか。それらの限界は何か？

主な発見

• バーバーとベレによる実験的測定値$y \sim 10^{-2}$は、SMボックス図による予測値$x_{\text{box}} \sim 10^{-5}$を著しく上回っており、長距離寄与が支配的であることを示唆している。
• 位相空間の抑制を伴うハドロン中間状態の和をとる排他的な手法は、自然に$y \sim 10^{-2}$を生成でき、実験的データを説明できる。
• 位相空間の抑制により、多重項におけるSU(3)対称性が破れ、完全なキャンセルが防がれ、結果として大きな有効混合パラメータが生じる。
• クォーク-ハドロン双対性に依存する包括的アプローチは、しきい値効果に敏感でないため、観測された$y$値を再現できない。
• 分散関係により、$y \sim 1\%$のとき$|x|$は$0.1\%$から$1\%$の間にあると予測されるが、$x$と$y$は符号が反対であると予想される。ただし、これはモデル依存である。
• $A_M$および$\phi$で特徴づけられる混合におけるCP対称性の破れは、SMにおける極めて強い抑制が続くため、新しい物理を探索する理論的に洗練された手段のまま残る。