[論文レビュー] $ε^\prime/ε$-2018: A Christmas Story

Andrzej J. Buras|mediaTUM (Technical University of Munich)|Dec 14, 2018

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、標準模型（SM）における直接CP対称性破れパラメータ $\varepsilon'/\varepsilon$ の予測値が、特に二重QCD（DQCD）フレームワークにおけるメソンの進化を考慮しないことで、実験値より著しく低くなると主張している。著者は、2026年までに、(5±2)×10^{-4} の最終的なSM値が、格子QCDとNNLO補正と整合的であると確認されると予言しており、これは標準模型を超える新しい物理の存在を示唆している。

ABSTRACT

I was supposed to review the status of $ε^\prime/ε$ both at the CKM Workshop in September in Heidelberg and recently at the Discrete 2018 Conference in Vienna. Unfortunately I had to cancel both talks for family reasons. My main goal in these talks was to congratulate NA48 and KTeV collaborations for the discovery of new sources of CP violation through their heroic efforts to measure the ratio $ε^\prime/ε$ in the 1980s and 1990s with final results presented roughly 16 years ago. As I will not attend any other conferences this year I will reach this goal in this writing. In this context I will give arguments, why I am convinced about the presence of new physics in $ε^\prime/ε$ on the basis of my work with Jean-Marc Gerard within the context of the Dual QCD (DQCD) approach and why RBC-UKQCD collaboration and in particular Chiral Perturbation Theory practitioners are still unable to reach this conclusion. I will demonstrate that even in the presence of pion loops, as large as advocated recently by Gilbert and Pich, the value of $ε^\prime/ε$ is significantly below the data, when the main non-factorizable QCD dynamics at long distance scales, represented in DQCD by {the meson evolution}, is taken into account. As appriopriate for a Christmas story, I will prophesy the final value of $ε^\prime/ε$ within the SM, which should include in addition to the correct matching between long and short distance contributions, isospin breaking effects, NNLO QCD corrections to both QCD penguin and electroweak penguin contributions and final state interactions. Such final SM result will probably be known from lattice QCD only in the middle of 2020s, but already in 2019 we should be able to see some signs of NP in the next result on $ε^\prime/ε$ from RBC-UKQCD.

研究の動機と目的

• 標準模型が長距離QCDダイナミクス、特にメソンの進化を考慮していないため、$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ の予測値が不足していると主張すること。
• チャーミカル摂動論（χPT）の研究者たちが、最終状態相互作用（パイオンループ）がSMと実験の差を完全に解消すると主張する主張に反論すること。
• DQCD計算と格子QCD結果に基づいて、$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ に新しい物理が存在すると提唱すること。
• 2020年代半ばまでに、$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ の最終的SM値が判明し、格子QCDによって確認されると予測すること。

提案手法

• 長距離QCDダイナミクスをメソンの進化によってモデル化する二重QCD（DQCD）アプローチを用い、$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ を以前よりも強く抑制することを示す。
• SMにおける$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ の解析的公式を適用し、ハドロン行列要素として$B_{6}^{(1/2)}$ と $B_{8}^{(3/2)}$ を組み込む。
• RBC-UKQCDの格子QCD結果（$B_{6}^{(1/2)}=0.57\pm0.19$, $B_{8}^{(3/2)}=0.76\pm0.05$）を、χPTとDQCDの予測と比較する。
• 実験的入力から得られる$a$ と $\hat{\Omega}_{\rm eff}$ を用いてアイソスピン破れ効果を組み込む。
• 将来の改善策を想定：NNLO QCD補正、洗練されたFSI取り扱い、より良いアイソスピン破れ計算。
• ベースラインとして大$N$極限（$B_{6}^{(1/2)}=B_{8}^{(3/2)}=1$）を用い、$8.6\times10^{-4}$ を得るが、これは実験値と一致しない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ標準模型は実験測定値 $(16.6\pm2.3)\times10^{-4}$ より著しく低い $\varepsilon'^{/}\varepsilon$ 値を予測するのか？
• RQ2 チャーミカル摂動論でモデル化された最終状態相互作用（パイオンループ）は、SM予測と実験の差を完全に解消できるのか？
• RQ3 長距離QCD効果、特にDQCDにおけるメソンの進化は、$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ のSM予測にどのように影響するのか？
• RQ4 アイソスピン破れ補正とNNLO QCD補正は、SM予測を精緻化するために果たす役割は何か？
• RQ5 いつごろ、格子QCDと理論的枠組みが、$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ の決定的SM値に一致するようになるのか？

主な発見

• DQCDアプローチは、パイオンループを含めても、$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ が実験値を下回ることを示している。
• RBC-UKQCDの格子QCD結果（$B_{6}^{(1/2)}=0.57\pm0.19$, $B_{8}^{(3/2)}=0.76\pm0.05$）から得られるSM予測は $\sim5.5\times10^{-4}$ であり、依然として実験値より低い。
• 著者は、NNLO QCD補正と洗練されたFSI・アイソスピン破れ効果を組み込んだ後、2026年までに最終的なSM値が $(5\pm2)\times10^{-4}$ になると予言している。
• SMと実験の差は、$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ に新しい物理が存在することを示唆しており、これはDQCDによって支持されるが、まだχPTや格子QCDによって確認されていない。
• 著者は、2026年以前に、おそらく2020年代半ばまでに、格子QCDが最終的なSM値を確認すると予想している。
• NA48とKTeVの実験結果は、$\varepsilon'^{/}\varepsilon$ の異常を議論する上で基盤をなしており、実験のベンチマークを提供している。