[論文レビュー] Branching-ratio and CP violation in semi-inclusive flavor-changing top decays

L. T. Handoko|arXiv (Cornell University)|Mar 6, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 9被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、標準模型（SM）において中間状態 qk¯qk を通じた長距離効果によるCP対称性の破れを焦点に、半包含的トップクォーク崩壊 t → qi Xjj (qi = u, c; Xjj = Υ や φ などのベクトルメソン) を検討する。因子化されたハドロン化モデルと摂動的QED再散乱を用い、SMではCP非対称性が小さいことが判明する——特に d¯d もしくは s¯s 中間状態を通じた t → u Υ では約1%の非対称性を示す。このため、特に超対称性（SUSY）モデルにおける新物理の感受性が高く、新物理の探査に有用である。

ABSTRACT

Semi-inclusive top decays, $t o q_i \v$, are examined in the framework of the standard model, with $q_i = u { m or} c$, $\v$ : vector meson formed by $q_j \qb_j$ ($q_j = d, s, b$). By using a simple model of hadronization, that is $ 0 \l| \qb_j \gamma^\mu q_j | \v = \mv \fv \evj^\mu$, the total branching ratio is expected to be $\br( ivj) < ({\l| \vij^\ast \vtj |}/{\l| \vtb |})^2 imes O({10}^{-3})$ depends on the size of the coupling constant $\fv$. On the other hand, the CP asymmetry should be induced only by the long-distance effects of intermediate state $q_k \qb_k$ ($q_k = d, s, b$) that subsequent scatters into the vector meson. The analytical results including the continuum contributions are given with keeping all masses. However, it yields the CP asymmetry to be small, i.e. $\acp ( ivj) < {\im [(\vij^\ast \vtj)^\ast (\vik^\ast \vtk)]}/{\l| \vij^\ast \vtj |^2} imes O({10}^{-2})$ for an identified $q_k \qb_k$ intermediate state, and suppressed more again by a factor of $\sim {({m_b}^2 - {m_s}^2)}/{\mv^2}$ for summing up all of them. Particularly, $\acp (t o u \Upsilon) \simeq \pm 1%$, induced by the intermediate state $d\bar{d}$ or $s\bar{s}$.

研究の動機と目的

• 標準模型内での半包含的トップ崩壊 t → qi Xjj の分岐比およびCP対称性の研究。
• 将来のトップファクトリー（LHC やアップグレード済みテバトロン）でCP非対称性を観測可能かどうかの評価。
• ループ階層の増幅がない状況でCP対称性の破れを引き起こす主要な長距離寄与の同定。
• GIMに類似したメカニズムにより、すべての中間状態 qk¯qk を合計する際にCP非対称性がどのように抑制されるかの定量的評価。
• これらの崩壊が、特に超対称性モデルにおける新物理のクリーンなプローブとなることの確立。

提案手法

• 因子化されたハドロン化モデルを用いる：⟨0|¯qjγμqj|Xjj⟩ = mXjj fXjj ǫXjjμ。
• CKM行列要素 Vij および Vtb を用いた電荷現在 W 交換ダイアグラムにより、樹形階層振幅 M(0)(t → qi Xjj) を計算。
• 長距離寄与を1光子媒介再散乱 t → qi (qk¯qk) → Xjj として扱い、中間状態 qk¯qk がオンシェルであると仮定。
• 樹形階層振幅と再散乱振幅の干渉を用いてCP非対称性 ACP = ∆/Σ を計算。
• CKM行列のユニタリティを用いてすべての中間状態（d¯d, s¯s, b¯b）の和を取る。これにより、(mb² − ms²)/mXjj² の要因による抑制が生じる。
• Wolfensteinパrametrizationを用い、CP対称性の破れ位相を ρ, η, λ の形で表現。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型において、半包含的トップ崩壊 t → qi Xjj の期待される分岐比は何か？
• RQ2 ループ階層の寄与なしに t → qi Xjj 崩壊でCP対称性の破れが生じ得るか？ もし可能ならば、そのメカニズムは何か？
• RQ3 中間状態 qk¯qk の特定と、すべての可能な状態への和を取る場合のCP非対称性の依存関係は？
• RQ4 特に t → u Υ などの特定の最終状態におけるCP非対称性の定量的大きさは？
• RQ5 これらの崩壊は、標準模型を超える新物理の探査にどのように寄与するか？

主な発見

• t → qi Xjj の分岐比は、fXjj に依存して B(t → qi Xjj) ≲ (|V∗ij Vtj| / |Vtb|)² × O(10⁻³) と推定される。
• CP非対称性は、GIM抑制によりループ寄与が無視できるため、中間状態 qk¯qk を通じた1光子交換による長距離効果でのみ生じる。
• 特定の中間状態に対しては、ACP(t → qi Xjj) ≲ |Im[(V∗ij Vtj)∗(V∗ik Vtk)]| / |V∗ij Vtj|² × O(10⁻²) であり、t → u Υ で d¯d もしくは s¯s を通る場合、最大で ±1% に達する。
• すべての中間状態を合計すると、CP非対称性は ∼(mb² − ms²)/mXjj² の要因により抑制され、O(10⁻⁵) にまで低下する。
• 最大のCP非対称性は t → u Υ で観測され、ACP ≃ ±1% となり、(ρ, η) = (0.3, 0.34) のとき、Kibd = 1.65 および Kibs = -1.65 に対応する。
• これらの崩壊は新物理の探査に有効であり、特にスカラーフェルミオンの寄与がCP非対称性を顕著に増幅させる可能性があるSUSYモデルにおいて顕著である。