[論文レビュー] Non-Standard Physics in Leptonic and Semileptonic Decays of Charmed Mesons

Andreas S. Kronfeld|ArXiv.org|Dec 10, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、$D_s \to \ell\nu$ の崩壊率における3.5σの乖離について検討し、標準模型を超える新しい物理の可能性を示唆している。新しい物理が半レプトン的$D \to K\ell\nu$ 崩壊にも影響を及ぼし、フォーム因子や微分分布が変化することを示し、今後の高統計データと照らし合わせてこれらの効果を検証するため、$f_0$ および $f_2$ フォーム因子の正確な格子QCD計算の必要性を強調している。

ABSTRACT

Recent measurements of the branching fraction for D_s -> l nu disagree with the Standard Model expectation, which relies on calculations of $f_{D_s}$ from lattice QCD. This paper uses recent preliminary measurements from CLEO and a new preliminary lattice-QCD result from this conference to update the significance of the discrepancy. The "f_{D_s} puzzle" stands now at 3.5sigma, with sigma predominantly from the statistical uncertainty of the experiments. New physics scenarios that could solve the puzzle would also lead to non-Standard amplitudes mediating the semileptonic decays D -> K l nu. This paper shows where the new amplitudes enter the differential rate and outlines where lattice QCD calculations are needed to confront recent and forthcoming measurements.

研究の動機と目的

• 更新された実験的および格子QCDデータを用いて、$D_s \to \ell\nu$ 崩壊における$f_{D_s}$パズルの有意性を再評価すること。
• $f_{D_s}$パズルを解消する新しい物理のシナリオが、半レプトン的$D \to K\ell\nu$ 崩壊率と$q^2$分布にどのように影響を与えるかを調査すること。
• 今後の高精度測定で新しい物理を検証するために不可欠な、特に$f_0$ および $f_2$ の格子QCDフォーム因子を特定すること。
• $E_{\ell\perp}$非対称性などの観測可能なシグネチャーを提示することで、将来の実験的および理論的取り組みを導くこと。

提案手法

• CLEOの更新された予備結果および格子QCD結果（HPQCDおよびFermilab-MILC）を用いて、$f_{D_s}$パズルの有意性を再評価し、現在3.5σの有意水準に達している。
• 次元6のオペレーターを用いた有効場理論フレームワークを適用し、$D_s \to \ell\nu$ における標準模型以外の相互作用と、それらが$D \to K\ell\nu$ に与える影響をモデル化する。
• ベクトル、スカラー、テンソルカレントの寄与を含めた$D \to K\ell\nu$ の微分崩壊率を導出し、標準模型と新しい物理の振幅の干渉項も考慮する。
• 特に$C_S^\ell$ および $C_T^\ell$ カouplingに対して感受性が高いことから、$E_{\ell\perp}$ 非対称性を新しい物理に敏感な主要な観測量として特定する。
• 微分崩壊率におけるフォーム因子$f_+$、$f_0$、$f_2$ の役割を分析し、正確な格子QCD計算の重要性を強調する。
• 新しい物理のカップリングにおけるレプトン質量依存性の影響を検討し、$C_P^\ell \propto m_\ell$ である場合、半レプトン的崩壊において効果が抑制されることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 更新されたCLEOおよび格子QCDデータを統合した後、$f_{D_s}$パズルの現在の有意水準は何か？
• RQ2 $D_s \to \ell\nu$ を媒介する新しい物理の振幅が、半レプトン的崩壊$D \to K\ell\nu$ にどのように影響を与えるか？
• RQ3 $f_+$、$f_0$、$f_2$ のうち、$D \to K\ell\nu$ 崩壊における新しい物理の検出に最も重要となるフォーム因子はどれか？
• RQ4 $E_{\ell\perp}$ 非対称性は、$D \to K\ell\nu$ における非標準模型のスカラーおよびテンソル相互作用を感受性高く探査できるか？
• RQ5 新しい物理寄与に敏感な7%の非対称性信号を観測するには、どの程度の実験イベント統計が必要か？

主な発見

• $f_{D_s}$パズルの有意水準は現在3.5σであり、統計的誤差が乖離の主因である。
• CKMユニタリティや放射修正ではこの乖離を説明できず、$f_{D_s}$の格子QCD計算結果は互いに一貫しており、他のハドロン的観測量とも整合している。
• もし$f_{D_s}$パズルが$C_A^\ell$ 相互作用によって解消されるならば、ベクトルカレントとの干渉により、$D \to K\mu\nu$ 崩壊率にも同程度の増大が予想される。
• $C_P^\ell$ カップリングによる新しい物理は、レプトン質量に比例するため、半レプトン的崩壊では効果が抑制され、$C_S^\ell \propto m_\ell$ でない限り観測は困難である。
• 7%の精度で$E_{\ell\perp}$ 非対称性を測定するには、ダリーツ平面の半分あたりで約$10^7$件の半ミュオン的イベントが必要である。
• 今後の$D \to K\ell\nu$ の高精度測定と照らし合わせるために、スカラー型フォーム因子$f_0$ およびテンソル型フォーム因子$f_2$ の正確な格子QCD計算が不可欠である。