[論文レビュー] Rare Decays of D Mesons

Svjetlana Fajfer|ArXiv.org|Aug 22, 2002

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、標準模型を超える新しい物理を探るため、D中間子系におけるレアなcharm中間子崩壊を調査する。特に、$D \to V\gamma$、$D \to Pl^+l^-$、$D \to \gamma\gamma$ などの放射性および二レプトン崩壊に注目する。重いクォークのチャイralラグランジアンと因子化近似を用いて、Brが$10^{-5}$から$10^{-8}$の範囲に予測され、$D^0 \to \gamma\gamma$ は$(1.0 \pm 0.5) \times 10^{-8}$と予測される。また、非共鳴状態の$K\pi\gamma$崩壊における軽いベクトル中間子の役割も強調する。

ABSTRACT

The flavor changing transitions in the c->u gamma, c->u gamma gamma and c->u l+ l- offer the possibility to search for new physics in the charm sector. We investigate dominant decay mechanisms in the radiative decays D->V gamma, D->P(V) l+ l-, D->gamma gamma and we discuss chances to see physics beyond the standard model in these decays. In addition, we analyze Cabibbo allowed D->K pi gamma decays with nonresonant K pi, and we probe the role of light vector mesons in these decays.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新しい物理に敏感な、フレーバー変換中性荷電現在（FCNC）のcharm系におけるレアな$D$崩壊を調査すること。
• 現在の実験的上限が$10^{-4}$から$10^{-5}$の範囲にあることを見据えて、$D$中間子のレアな放射性および二レプトン崩壊の検出可能性を評価すること。
• hadronicダイナミクスを調べるため、$K \to \pi\pi\gamma$崩壊に類似した非共鳴状態$D \to K\pi\gamma$崩壊における軽いベクトル中間子の役割を調査すること。
• $c \to u\gamma$および$c \to ul^+l^-$遷移における短距離寄与を定量化すること、特にMSSMにおける増幅の文脈で。
• BELLE、BABAR、Tevatronでの今後の実験的探索を支援するため、$D \to \gamma\gamma$、$D \to V\gamma$、$D \to K\pi\gamma$崩壊の理論的Br予測を提供すること。

提案手法

• 短距離寄与を計算するために、QCD補正付きウィルソン係数$C_{7\gamma}^{\text{eff}} = (-0.7 + 2i) \times 10^{-2}$を介した$c \to u\gamma$遷移を用いた有効ラグランジアンアプローチを用いる。
• 非レプトン的崩壊の弱い遷移行列要素を計算するために、重いクォークチャイralラグランジアンと因子化近似を適用する。
• 実験的に得られる$F_0$と形式的因子$F_1$、$F_2$を用いたモデル依存の形で、$D \to K\pi\gamma$の崩壊振幅を導出する。ブレムストラールおよび直接遷移を含む。
• 共鳴状態がオンシェル上にある場合、ブレイト＝ヴァイナー伝播関数を介して中間のベクトル中間子共鳴状態を組み込む。
• 実験的$D \to K\pi$振幅と理論的形式因子を組み合わせてBrを計算し、光子エネルギーのカット$E_c \geq 100$ MeVを適用する。
• 特に$c \to ul^+l^-$において、標準模型とMSSMの予測を比較し、新しい物理の増幅の可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 予測される$D \to V\gamma$崩壊のBrは何か？ そして、現在の実験的上限と比較するとどうなるか？
• RQ2 長距離寄与のキャンセルがあるにもかかわらず、$D^0 \to \rho^0\gamma$および$D^0 \to \omega\gamma$崩壊において、$c \to u\gamma$遷移はどの程度まで探査可能か？
• RQ3 軽いベクトル中間子は$D \to K\pi\gamma$崩壊振幅にどのように影響を与え、ブレムストラールおよび直接遷移寄与において何の役割を果たすか？
• RQ4 $D \to \gamma\gamma$崩壊は、標準模型の予測よりも著しく高いレートで観測可能か？ そのような信号が観測された場合、何を示唆するか？
• RQ5 $D \to K\pi\gamma$崩壊における直接のパリティ破れおよびパリティ保存電磁遷移の期待される大きさは何か？ そして、ベクトル中間子寄与にどのように依存するか？

主な発見

• $D^0 \to \gamma\gamma$のBrは$(1.0 \pm 0.5) \times 10^{-8}$と予測され、その値が10倍以上に達する観測がなされれば、新しい物理の兆候であると示唆される。
• $D^+ \to \bar{K}^{0}\pi^{+}\gamma$崩壊のBrは$(2.3 - 2.5) \times 10^{-4}$と予測され、主に$D \to K\pi$振幅からのブレムストラールに起因する。
• $D^0 \to K^{-}\pi^{+}\gamma$崩壊のBrは$(4.3 - 6.0) \times 10^{-4}$と予測され、ブレムストラールおよび直接遷移の両方からの寄与が顕著である。
• $D^0 \to K^{-}\pi^{+}\gamma$における直接パリティ破れ遷移の寄与は$1.64 \times 10^{-4}$、パリティ保存磁気遷移は$1.4 \times 10^{-4}$であり、両者の強度が同等であることが示唆される。
• 軽いベクトル中間子寄与を除くと、$D^0 \to K^{-}\pi^{+}\gamma$におけるパリティ保存直接遷移率は2桁減少し、その重要性が強調される。
• 標準模型では$R = \frac{\text{BR}(D^0 \to \rho^0\gamma) - \text{BR}(D^0 \to \omega\gamma)}{\text{BR}(D^0 \to \omega\gamma)}$が$6 \pm 15\%$と予測されるが、MSSMでは$\mathcal{O}(1)$に達する可能性があり、新しい物理の感受性の高いプローブとなる。