[論文レビュー] New Physics in $s o u\ell^-\bar u$: Interplay between semileptonic kaon and hyperon decays

Martín González‐Alonso, Jorge Martin Camalich|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、半レプトン的カリウムおよびハイパーヨン崩壊を用いて、s → uℓ⁻ν 遷移における新しい物理をモデルに依存しない効果的場理論的手法で探査する。崩壊率および形因子の比を分析することで、レプトンユニタリティの破れと右巻き型カレントが重要なシグネチャーであることが特定され、Kℓ3、K→πℓν、およびパイオン／ハイパーヨンベータ崩壊からの制約が、標準模型を超えた新しい物理を補完的に探査可能である。

ABSTRACT

Contribution to the NA62 Physics Handbook. It summarizes the analysis presented in arXiv:1605.07114 and discusses in more detail the interplay between $K_{\mu3}$ and semileptonic hyperon decays as new-physics probes

研究の動機と目的

• s → uℓ⁻ν 遷移における新しい物理をモデルに依存しないフレームワークで探査するための開発。
• 半レプトン的カリウム崩壊、パイオンおよびハイパーヨンベータ崩壊、およびコライダー探索の相補的性の検討。
• レプトンユニタリティと右巻き型カレントを、新しい物理のシグネチャーとしてテストする。
• 低エネルギーで18個の独立したオペレーターを持つ有効場理論におけるウィルスン係数の制約。
• 複数の崩壊モードからの精度測定を組み合わせることで、新しい物理への感度を向上させる。

提案手法

• s → uℓ⁻ν 遷移に対して、18個の独立したウィルスン係数を持つO(1 GeV)の有効ラグランジアンを用いる。
• EFTをKℓ3、Kℓ2、πℓ2、およびハイパーヨンベータ崩壊に適用し、形因子と放射修正を組み込む。
• 理論的不確実性を最小限に抑えるために、崩壊率の比（例：Rμ = Γ(Kμ2)/Γ(πμ2)）を導出する。
• 分散表現とコールァン＝トレィマンの定理を用いて、形因子パラメータを制約する。
• スカラーおよびテンソルのウィルスン係数に依存する運動量空間積分を用い、電子モードではスピン状態の抑制を考慮する。
• SMと新しい物理のオペレーター間の干渉効果を含めた、運動学的分布へのグローバルフィットを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 s → uℓ⁻ν 遷移におけるレプトンユニタリティの破れは、Kℓ2およびKℓ3崩壊の精度測定によって検出可能か？
• RQ2 ハイパーヨンベータ崩壊は、s → uℓ⁻ν 遷移における新しい物理を制約する上で、カリウム崩壊とどのように相補的か？
• RQ3 s → uℓ⁻ν における右巻き型カレントは、レプトンユニタリティテストによってどの程度まで探査可能か？
• RQ4 Kℓ3 崩壊は、特にミュオンチャンネルにおいて、スカラーおよびテンソルの新しい物理オペレーターにどの程度感度を持つか？
• RQ5 アイソスピン破れおよび電磁気的補正は、新しい物理シグナルの抽出にどのように影響するか？

主な発見

• 比 Rμ = Γ(Kμ2)/Γ(πμ2) は、右巻き型カレントおよびレプトンユニタリティの破れに敏感であり、ϵsR − ϵdR に一次の依存性を示す。
• Kℓ3 崩壊における運動量空間積分 IℓK(λ+,0,ϵsℓS,T) はスカラーおよびテンソルのウィルスン係数に依存し、ダリッツプロット分布へのフィットによって制約可能である。
• ミュオンチャンネルでは、スカラー型オペレーターが質量抑制された干渉を寄与するため、電子モードでは一次のオーダーでこれらのオペレーターに感度がない。
• 形因子比 C = f0(mK²−mπ²)/f+(0) はコールァン＝トレィマンの定理により制約され、10⁻³の精度でQCDに基づく予測が可能である。
• Kℓ3 崩壊からの制約は、Kℓ2およびハイパーヨンベータ崩壊からの制約と相補的であり、標準模型を超えた新しい物理への感度を向上させる。
• 本フレームワークにより、複数の崩壊モードに対するグローバルフィットが可能となり、理論的不確実性が低減され、s → uℓ⁻ν セクターにおける新しい物理への感度が向上する。