[論文レビュー] Can FCNC transition $c o ul^+l^-$ be seen in $D o Vl^+l^-$ decays?

Saša Prelovšek, Svjetlana Fajfer+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、ニュートリノのフレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）$c \to u\ell^+\ell^-$遷移—新しい物理学に敏感—が$D \to V\ell^+\ell^-$崩壊で観測可能かどうかを調査する。標準模型（SM）では、短距離FCNC寄与は長距離効果よりも3桁小さいため、カビボ抑制された崩壊では検出不可能であるが、$10^{-7}$より大きなBr（分岐比）は新しい物理学を示唆する可能性がある。

ABSTRACT

The decays $D o Vl^+l^-$ present in principle the opportunity to observe the short distance FCNC transition $c o ul^+l^-$, which is sensitive to the physics beyond the Standard Model. We analyze the $D o V l^+ l^- $ decays within the Standard Model, where in addition to the short distance dynamics also the long distance dynamics is present. The short distance contribution due to $c o ul^+l^-$ transition, which is present only in the Cabibbo suppressed decays, is found to be three orders of magnitude smaller than the long distance contribution. The branching ratios well above $10^{-7}$ for Cabibbo suppressed decays could signal new physics. The most frequent decays are the Cabibbo allowed decays $D_s^+ oρ^+μ^+μ^-$ and $D^0 o\bar K^{*0}μ^+μ^-$, which are expected at the branching ratios of $3\cdot 10^{-5}$ and $1.7\cdot 10^{-6}$, respectively. These rates are not much lower than the present experimental upper limit.

研究の動機と目的

• カビボ抑制された$D \to V\ell^+\ell^-$崩壊におけるフレーバー変換を伴う中性荷電現在（FCNC）$c \to u\ell^+\ell^-$遷移の観測可能性を評価すること。
• これらの崩壊における短距離（SD）FCNC寄与と長距離（LD）寄与を分離すること。
• カビボ抑制された$D \to V\ell^+\ell^-$崩壊における分岐比が$10^{-7}$より著しく高い場合、それが標準模型を超える物理学を示唆するかどうかを検討すること。
• 実験的制限と比較可能な、主要な$D \to V\ell^+\ell^-$モードの分岐比に関する理論的予測を提供すること。

提案手法

• 標準模型内での$D \to V\ell^+\ell^-$崩壊を、短距離および長距離のダイナミクスを含めて分析する。
• 有効ハミルトニアン技術を用いて、仮想的$W^\pm$および$Z^0$交換による$c \to u\ell^+\ell^-$遷移の短距離振幅を評価する。
• カビボ抑制されたモードとカビボ許容モードの両方の分岐比を計算し、SDおよびLD寄与の干渉を含める。
• 実験的上限を用いて、FCNC信号の検出可能性に制限を設ける。
• 予測された分岐比を現在の実験的制限と比較し、特に$D_s^+ \to \rho^+ \mu^+\mu^-$および$D^0 \to \bar{K}^{*0} \mu^+\mu^-$に注目する。
• 有効場理論の手法を用いてFCNC寄与を分離し、主要な長距離効果に対するその大きさを推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型内において、$D \to V\ell^+\ell^-$崩壊で短距離FCNC $c \to u\ell^+\ell^-$遷移を観測できるか？
• RQ2 $D \to V\ell^+\ell^-$崩壊における短距離FCNC振幅の大きさは、長距離寄与と比べてどの程度か？
• RQ3 カビボ抑制された$D \to V\ell^+\ell^-$崩壊における予測された分岐比は何か？ そして、現在の実験で測定可能か？
• RQ4 カビボ抑制モードにおける分岐比が$10^{-7}$より著しく高い場合、それは標準模型を超える新しい物理学を示唆する可能性があるか？
• RQ5 $D_s^+ \to \rho^+ \mu^+\mu^-$および$D^0 \to \bar{K}^{*0} \mu^+\mu^-$崩壊モードにおいて、支配的寄与は短距離か長距離か？

主な発見

• 標準模型内では、$D \to V\ell^+\ell^-$崩壊における$c \to u\ell^+\ell^-$遷移の短距離FCNC寄与は、長距離寄与よりも3桁小さいと推定される。
• カビボ許容崩壊$D_s^+ \to \rho^+ \mu^+\mu^-$の分岐比は$3 \times 10^{-5}$と予測され、$D^0 \to \bar{K}^{*0} \mu^+\mu^-$は$1.7 \times 10^{-6}$と予測される。
• これらの予測された分岐比は、現在の実験的上限と著しく低くないため、統計を改善すれば測定可能である。
• カビボ抑制された$D \to V\ell^+\ell^-$崩壊における分岐比が$10^{-7}$より著しく高い場合、それは標準模型を超える新しい物理学の兆候である可能性がある。
• 長距離ダイナミクスが短距離FCNC振幅を上回り、結果として後者は現在の理論的および実験的枠組みでは観測不可能である。
• 本研究は、FCNC遷移が理論的には存在するが、標準模型内では長距離効果に埋もれてしまうため、信号は検出不能であると結論づける。