[論文レビュー] Revisiting B o\pi K, \pi K^{\ast} and ho K Decays: Direct CP Violation and Implication for New Physics

Qin Chang, Xin-Qiang Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2008

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、Cornwallの規則に従う赤外線有限なグルーオン伝播関数を用いたQCD因子化を用いて、$B \to \pi K$、$\pi K^*$、$\omega K$崩壊を再検討し、時間的型消滅項の寄与が大きな強い位相を生成することを示した。一方、ハードスペクテーター散乱項は実数のまま保たれる。実験的分岐比およびCP非対称性は良好な一致を示したが、$A_{CP}(B^\pm \to K^\pm \pi^0)$ を除いては、$\pi K$ CP非対称性の不一致は新しい物理の兆候であると特定され、モデルに依存しない$\bar{s}(1+\gamma_5)b \otimes \bar{q}(1+\gamma_5)q$型の演算子を用いて分析された。その結果、妥当なパrameter空間において非自明な弱位相が得られた。

ABSTRACT

Combining the up-to-date experimental information on $B o\pi K, \pi K^{\ast}$ and $ ho K$ decays, we revisit the decay rates and CP asymmetries of these decays within the framework of QCD factorization. Using an infrared finite gluon propagator of Cornwall prescription, we find that the time-like annihilation amplitude could contribute a large strong phase, while the sapce-like hard spectator scattering amplitude is real. Numerically, we find that all the branching ratios and most of the direct CP violations, except $A_{CP}(B^{\pm} o K^{\pm}\pi^{0})$, are in agreement with the current experimental data with an effective gluon mass $m_g\simeq0.5 m GeV$. Taking the unmatched difference in direct CP violations between $B o\pi^{0} K^{\pm}$ and $\pi^{\mp}K^{\pm}$ decays as a hint of new physics, we perform a model-independent analysis of new physics contributions with a set of $\bar{s}(1+\gamma_{5})b\otimes\bar{q}(1+\gamma_{5})q$ (q=u,d) operators. Detail analyses of the relative impacts of the operators are presented in five cases. Fitting the twelve decay modes, parameter spaces are found generally with nontrivial weak phases. Our results may indicate that both strong phase from annihilation amplitude and new weak phase from new physics are needed to resolve the $\pi K$ puzzle.

研究の動機と目的

• 更新された実験データを用いて崩壊振幅とCP非対称性を再評価することで、$B$崩壊における長年の$\pi K$パズルを解消すること。
• $B^\pm \to \pi^0 K^\pm$ と $B^\pm \to \pi^\mp K^\pm$ 崩壊における直接CP非対称性の観測された不一致が、新しい物理を示唆するかどうかを調査すること。
• $\bar{s}(1+\gamma_5)b \otimes \bar{q}(1+\gamma_5)q$ 演算子を用いた、新しい物理寄与のモデルに依存しない分析を実施すること。
• データを説明するために、消滅から生じる強い位相と新しい物理からの弱位相の両方が必要かどうかを特定すること。

提案手法

• Cornallの規則に従う赤外線有限なグルーオン伝播関数を用いたQCD因子化を採用し、崩壊振幅を計算する。
• 寄与を時間的型消滅と空間的型ハードスペンサー散乱振幅に分離する。
• 赤外発散を規格化するため、有効グルーオン質量 $m_g \simeq 0.5$ GeV を導入する。
• 時間的型消滅振幅が大きな強い位相を生成する一方、空間的型ハードスペンサー散乱振幅は実数のまま保たれる。
• 12個の崩壊モードを用いたグローバルフィットにより、新しい物理のパrameter空間を制約する。
• 新しい物理演算子寄与の5つの異なるケースを分析し、それらの相対的影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $B \to \pi K$ 崩壊における時間的型消滅振幅が、観測されたCP非対称性を説明するのに十分な大きな強い位相を生成できるか。
• RQ2 なぜ直接CP非対称性 $A_{CP}(B^\pm \to K^\pm \pi^0)$ はデータと著しく不一致を示すのか、他の項は良好に再現されるのか。
• RQ3 $\pi K$ パズルを解消するための新しい物理の役割は何か。特に、CP非対称性の不一致に照らして。
• RQ4 どの $\bar{s}(1+\gamma_5)b \otimes \bar{q}(1+\gamma_5)q$ 演算子の組み合わせが、同時にデータに適合し、非自明な弱位相をもたらすか。
• RQ5 消滅から生じる強い位相と新しい物理からの弱位相の相互作用が、$B \to \pi K$ 崩壊の全観測量を説明するために必要不可欠であるか。

主な発見

• 時間的型消滅振幅は大きな強い位相を寄与するが、空間的型ハードスペンサー散乱振幅は、赤外線有限なグルーオン伝播関数に従い、実数のまま保たれる。
• 有効グルーオン質量 $m_g \simeq 0.5$ GeV を用いることで、すべての分岐比と大多数の直接CP非対称性が実験データと良好に一致する。
• 直接CP非対称性 $A_{CP}(B^\pm \to K^\pm \pi^0)$ は、実験データと著しく不一致を示し、新しい物理の兆候である可能性を示唆する。
• $B^\pm \to \pi^0 K^\pm$ と $B^\pm \to \pi^\mp K^\pm$ 崩壊におけるCP非対称性の不一致は、新しい物理の主要な手がかりと特定された。
• モデルに依存しない $\bar{s}(1+\gamma_5)b \otimes \bar{q}(1+\gamma_5)q$ 演算子の分析により、非自明な弱位相を持つ妥当なパrameter空間が特定された。
• 結果は、$\pi K$ パズルを解消するには、消滅から生じる強い位相と新しい物理からの弱位相の両方が必要であることを示唆している。