[論文レビュー] $K_L o \pi^0 u \bar u$ Beyond the Standard Model

Yuval Grossman, Yosef Nir|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 1997

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 113

ひとこと要約

この論文は、モデルに依存しない枠組みで、$K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}$ のまれな崩壊を分析し、レプトンのフラバー保存の下では、混合と崩壊の間のCP対称性破れ干渉が主に支配することを示している。これにより、アイソスピン補正を除けば理論的関係 $\Gamma(K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}) / \Gamma(K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}) = \sin^2\theta$ が得られ、実験的制限から $K^+$ 崩壊率が得られることで、$K_L$ 分岐比の上限が $1.1 \times 10^{-8}$ に制限される。

ABSTRACT

We analyze the decay $K_L o \pi^0 u \bar u$ in a model independent way. If lepton flavor is conserved the final state is (to a good approximation) purely CP even. In that case this decay mode goes mainly through CP violating interference between mixing and decay. Consequently, a theoretically clean relation between the measured rate and electroweak parameters holds in any given model. Specifically, $\Gamma(K_L o \pi^0 u \bar u)/\Gamma(K^+ o \pi^+ u \bar u)= \sin^2 heta$ (up to known isospin corrections), where $ heta$ is the relative CP violating phase between the $K-\bar K$ mixing amplitude and the $s o d u\bar u$ decay amplitude. The experimental bound on $BR(K^+ o \pi^+ u \bar u)$ provides a model independent upper bound: $BR(K_L o \pi^0 u \bar u) < 1.1 imes 10^{-8}$. In models with lepton flavor violation, the final state is not necessarily a CP eigenstate. Then CP conserving contributions can dominate the decay rate.

研究の動機と目的

• 標準模型を超えたモデルに依存しない枠組みで、$K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 崩壊を調査すること。
• レプトンのフラバー保存の下で、$K_L$ と $K^+$ 崩壊率の理論的関係を特定すること。
• 実験的制約から $K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}$ を用いて、$K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ のモデルに依存しない分岐比の上限を確立すること。
• レプトンのフラバー破れが最終状態および崩壊振幅構造に与える影響を調査すること。

提案手法

• 崩壊振幅を記述するため、モデルに依存しない有効場理論的手法を用いる。
• CP性質に基づいて寄与を分離し、レプトンのフラバー保存を仮定してCP偶性の最終状態を特定する。
• 混合と $s \to d \mu\bar{\mu}}$ 崩壊振幅の間の相対的なCP対称性破れ位相 $\theta$ を用いて、崩壊率比を導出する。
• アイソスピン補正を含め、$K_L$ と $K^+$ 崩壊率の理論的関係を精緻化する。
• レプトンのフラバー破れの場合は、最終状態はもはやCP固有状態ではなくなるため、CP保存寄与が支配的になる。
• 理論的関係を用いて、実験的制限から $K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}$ を得ることで、$K_L$ 分岐比の上限を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 レプトンのフラバー保存が成り立つモデルにおいて、$K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ と $K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}$ の崩壊率の理論的関係は何か？
• RQ2 レプトンのフラバー保存の下で、CP対称性破れは $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 崩壊振幅にどのように現れるか？
• RQ3 実験的制約に基づいて、モデルに依存しない $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ の分岐比の上限は何か？
• RQ4 レプトンのフラバー破れが導入された場合、CP保存寄与は崩壊率にどのように影響するか？
• RQ5 混合と崩壊振幅の間の相対的CP対称性破れ位相 $\theta$ は、$K_L$ 崩壊率を決定づける上で果たす役割は何か？

主な発見

• レプトンのフラバー保存が成り立つモデルでは、$K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 崩壊は主に混合と崩壊振幅の間のCP対称性破れ干渉によって進行する。
• 既知のアイソスピン補正を除けば、理論的関係 $\Gamma(K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}) / \Gamma(K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}) = \sin^2\theta$ が成立する。
• $K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}$ の実験的制限から、$K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ の分岐比は $1.1 \times 10^{-8}$ 未満に制限される。
• レプトンのフラバー破れが存在するモデルでは、最終状態はCP固有状態ではなくなるため、CP保存寄与が崩壊率を支配するようになる。
• レプトンのフラバー保存の下では、崩壊率の関係は理論的に明確でモデルに依存せず、電弱パラメータの正確な抽出が可能になる。
• $K_L$ 崩壊率の上限は、特定の新しい物理モデルに依存せず、測定された $K^+$ 崩壊率にのみ依存するため、頑健である。