[論文レビュー] Estimating epsilon'/epsilon. A Review

Stefano Bertolini, J. O. Eeg+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 51

ひとこと要約

1998年のこのレビューは、標準模型における直接CP対称性破れパラメータε′/εの理論的予測について包括的な分析を提供しており、短距離のQCDおよびQED補正と長距離のハドロン行列要素の相乗作用に焦点を当てている。結論として、理論的不確実性——主にB6およびB8パラメータに起因——が予測の範囲を10⁻⁴から数×10⁻³に制限しており、実験的不確実性と重複しているため、 lattice QCDの改善またはIm(VtdV*ts)のより良い制約が得られない限り、新しい物理の検出は困難であると結論づけている。

ABSTRACT

The real part of epsilon'/epsilon measures direct CP violation in the decays of the neutral kaons in two pions. It is a fundamental quantity which has justly attracted a great deal of theoretical as well as experimental work. Its determination may answer the question of whether CP violation is present only in the mass matrix of neutral kaons (the superweak scenario) or also at work directly in the decays. After a brief historical summary, we discuss the present and expected experimental sensitivities. In the light of these, we come to the problem of estimating epsilon'/epsilon in the standard model. We review the present (circa 1998) status of the theoretical predictions of epsilon'/epsilon. The short-distance part of the computation is now known to the next-to-leading order in QCD and QED and therefore well under control. On the other hand, the evaluation of the hadronic matrix element of the relevant operators is where most of the theoretical uncertainty still resides. We analyze the results of the currently most developed calculations. The values of the B_i parameters in the various approaches are discussed, together with the allowed range of the relevant combination of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa entries Im V_{td}V^*_{ts}. We conclude by summarizing and comparing all up-to-date predictions of epsilon'/epsilon. Because of the intrinsic uncertainties of the long-distance computations, values ranging from 10^{-4} to a few times 10^{-3} can be accounted for in the standard model. Since this range covers most of the present experimental uncertainty, it is unlikely that new physics effects can be disentangled from the standard model prediction. For updates on the review and additional material see http://www.he.sissa.it/review/.

研究の動機と目的

• 1998年ごろの標準模型におけるε′/ε予測の理論的状況を評価すること。
• ε′/ε計算における主要な理論的不確実性の源を特定および分析すること。
• 理論的予測が新しく得られた実験データ（特にKTeVおよびNA31/E731）とどの程度整合するかを評価すること。
• 観測されたε′/εの値が新しい物理を示唆するのか、それとも標準模型の予測範囲内に収まるのかを判断すること。
• 今後の進展のための、より良いlattice QCD計算とIm(VtdV*ts)の制約強化の必要性を強調すること。

提案手法

• 短距離寄与のε′/εを計算するために、次-leading-order (NLO) QCDおよびQED補正を用いる。
• ハドロン行列要素（Q6およびQ8四クォーク演算子）を、現象論的モデルおよびチャイral摂動論を用いて分析する。
• VSA（真空飽和近似）およびその拡張を用いてB6およびB8パラメータを評価する。
• ΔI = 1/2選択則を適用してアイソスピン振幅を制約し、実験的観測量と関連付ける。
• NA31、E731および新しいKTeV結果（ε′/ε ≈ (19.3 ± 1.7) × 10⁻⁴）からの実験的平均値と理論的予測を比較する。
• クォーク質量パラメータ、特にms(m_c)が行列要素における理論的不確実性に与える影響を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型におけるε′/ε予測の現在の理論的不確実性は何か？ その主な原因は何か？
• RQ2 VSA、トリエステモデル、lattice QCDなどの異なる理論的アプローチがB6およびB8パラメータを推定する際に、どの程度異なっているか？
• RQ3 KTeV結果（ε′/ε ≈ 19.3 × 10⁻⁴）は、既存の理論的予測をどの程度挑戦しているか？
• RQ4 観測されたε′/εの値は、標準模型の範囲内に収まるか、それとも新しい物理を示唆するか？
• RQ5 今後のレアなカイオン崩壊（K⁺→π⁺νν̄、KL→π⁰νν̄）の測定は、Im(VtdV*ts)の決定をどの程度向上させ、理論的不確実性をどの程度低減できるか？

主な発見

• 標準模型におけるε′/εの理論的予測は、ハドロン行列要素の不確実性、特にB6およびB8に起因して10⁻⁴から数×10⁻³の範囲にわたる。
• KTeV結果（ε′/ε ≈ 19.3 × 10⁻⁴）は理論的不確実性範囲内に位置しており、標準模型と明確な矛盾はないと示唆している。
• トリエステ計算では、ms(m_c)に依存しないことが示された。これは、msがチャイral展開のNLOでのみ登場するためである。
• ミュンヘンおよびローマの予測では、ms(m_c)に強く依存しており、msの値が低いほど実験値との乖離が小さくなる。
• B6のより良いlattice QCDによる決定と、Im(VtdV*ts)のより良い制約が、理論的不確実性を低減するために不可欠である。
• レアなカイオン崩壊（K⁺→π⁺νν̄、KL→π⁰νν̄）は、Im(VtdV*ts)を明確に探査する手段と予想されており、2005年までに精度の高い測定が得られると期待されている。