[論文レビュー] Is there a paradox in CP asymmetries of {tau}{sup {+-}}{yields}K{sub L,S}{pi}{sup {+-}}{nu} decays?

G. Calderón, D. Delépine+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2007

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、{\tau}^{\pm} \to K_{L,S}\pi^{\pm}\nu decay における CP 異常のパラドックスを、{\tau} decay における K_L および K_S 最終状態を量子場理論に基づいて定義することで解消する。この定義により、CP 率異常は自然に相殺され、将来の専用実験で検証可能な予測が可能になる。

ABSTRACT

Based on the description of unstable K{sub L,S} particles in quantum field theory (QFT), we compute the time-dependent probabilities for transitions between asymptotic states in {tau}{sup {+-}}{yields}[{pi}{sup +}{pi}{sup -}]{sub K}{pi}{sup {+-}}{nu} decays, where the pair [{pi}{sup +}{pi}{sup -}]{sub K} is the product of (intermediate state) neutral kaon decays. Then we propose a definition of {tau} decays into K{sub L} and K{sub S} states, which reflects into the cancellation between their CP rate asymmetries, thus solving in a natural way the paradox pointed out in [I. I. Bigi and A. I. Sanda, Phys. Lett. B 625, 47 (2005).]. Since our definition of K{sub L,S} final states in {tau} decays is motivated on experimental grounds, our predictions for the integrated CP rate asymmetries can be tested in a dedicated experiment.

研究の動機と目的

• Bigi と Sanda (2005) が指摘した {\tau}^{\pm} \to K_{L,S}\pi^{\pm}\nu decay における CP 異常のパラドックスを解消すること。
• {\tau} decay における K_L および K_S 最終状態を、実験的観測可能性と整合する量子場理論の観点から定義すること。
• 物理的に妥当な定義により、K_L および K_S 最終状態間の CP 率異常の相殺を保証すること。
• 専用実験で測定可能な統合 CP 異常に関する検証可能な予測を提供すること。

提案手法

• 量子場理論における不安定な K_{L,S} 粒子の形式的取り扱いにより、漸近状態間の時間に依存する遷移確率を計算する。
• 中性 kaon の崩壊からの中間状態 [{\pi}^+{\pi}^-]_K を、K_L および K_S 成分のコherentな重ね合わせとして取り扱う。
• {\tau} decay における K_L および K_S 最終状態の新しい定義を、QFT フレームワーク内での K_{L,S} の時間発展および崩壊特性に基づいて導入する。
• この定義により、K_L および K_S 最終状態の CP 率異常は自然に相殺され、パラドックスが解消される。
• 定義された状態が時間積分された崩壊率と関連づけられることで、実験的に検証可能であるように設計されている。
• この手法は、K_{L,S} 状態のユニタリな時間発展と、{\tau} 崩壊振幅内での干渉に依存している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 量子場理論に基づく {\tau} decay における K_L および K_S 最終状態の整合的定義は、観測された CP 異常のパラドックスを解消できるか？
• RQ2 K_{L,S} 状態の時間に依存する発展は、{\tau} decay における CP 異常測定にどのように影響するか？
• RQ3 量子場理論は、{\tau} decay における不安定な kaon の観測可能な最終状態を定義する上で、どのような役割を果たすか？
• RQ4 提案された定義により、K_L および K_S 最終状態間の CP 率異常は自然に相殺されるか？
• RQ5 統合 CP 異常に対する予測は、専用実験装置で検証可能か？

主な発見

• 提案された {\tau} decay における K_L および K_S 最終状態の定義により、それらの CP 率異常は自然に相殺され、パラドックスが解消される。
• 相殺は、量子場理論で記述される K_{L,S} 状態の時間に依存する発展に起因し、ユニタリティと整合的である。
• この手法は、物理的に妥当で、実験的に検証可能な {\tau} decay における K_L および K_S 状態の定義フレームワークを提供する。
• 時間積分された CP 異常は、最終状態の定義が対称性を破る場合にのみ非ゼロとなるが、提案された形式によりこれを回避している。
• 理論的手法の検証が、将来的な実験データとの直接比較によって可能になる。
• K_{L,S} 状態が {\tau} 崩壊の文脈で適切に QFT で記述できるという仮定のもと、結果は安定である。