[論文レビュー] Short distance D-Dbar mixing

Markus Bobrowski, Alexander Lenz+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 13被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、重味クォーク展開を用いて、標準模型内での $D^0$–$\overline{D}^0$ 混じりの短距離寄与を調査し、ソフトなハドロン的相互作用に起因する SU(3) 対称性の破れが、幅の差を強化する主要因であると特定した。次に、次元9の演算子が $D$–$\overline{D}$ 衰え幅差を10乗オーダーで増幅させることを示し、短距離アプローチの妥当性を支持するとともに、混じり合いにおける最大1%の CP 違反が許容可能である余地を残した。

ABSTRACT

We review the status of Standard Model predictions for lifetimes and mixing rates of charmed mesons. It is shown that the short distance approach is able to reproduce tau(D^+)/tau(D^0) at leading order in the 1/m_c expansion. SU(3) violating effects from interactions with the soft hadronic background are identified as the dominant contribution to the D-Dbar mixing rate. We discuss the contribution from operators of dimension nine, which is able to enhance the neutral charm width splitting by a factor of order ten and comment on possible CP violation in mixing.

研究の動機と目的

• 理論的課題があるにもかかわらず、観測された $D^0$–$\overline{D}^0$ 混じり率を説明する短距離アプローチの妥当性を評価すること。
• ソフトなハドロン的背景相互作用に起因する SU(3) 対称性の破れが、幅差 $\Delta\Gamma$ を生成する役割を定量化すること。
• 次元9の演算子が $D$–$\overline{D}$ 衰え幅差に与える寄与を評価すること。
• 標準模型枠組み内での charm 混じりにおける CP 違反の上限を推定すること。
• SU(3) 干渉の問題を回避するため、$D^+\!$–$D^0$ ライフタイム差の最初の標準模型計算を提供すること。

提案手法

• $1/m_c$ の一次に近い重味クォーク展開（HQE）を用いて、$D^+$ および $D^0$ のライフタイムを計算する。
• 包括的フレームワーク内でのクォーク-ハドロン双対性と部分素の摂動論的理論を適用し、$D$ メソンの崩壊をモデル化する。
• $\Delta C=2$ 遷移とパウリ干渉ダイアグラムを含む次元9の6クォーク演算子の寄与を計算する。
• $\Delta C=0$ 演算子の行列要素を、格子 QCD の入力を用いてハドロン的不確実性を推定する。
• $1/m_c$ に比例する項の干渉から、混じりにおける弱位相 $\phi$ を推定する。
• $1/m_c$ 細かい補正と SU(3) 対称性の破れを $m_s/m_c$ スケーリングを用いて評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 短距離アプローチは、標準模型内において測定された $D^+\!$–$D^0$ ライフタイム比を再現できるか？
• RQ2 $D^0$–$\overline{D}^0$ 混じりにおいて、SU(3) 対称性の破れの主因は何か？ そして $\Delta\Gamma$ にどのように影響するか？
• RQ3 次元9の演算子が $D$–$\overline{D}$ 衰え幅差をどの程度増幅させ得るか？
• RQ4 現在の標準模型制約に整合する範囲で、$D^0$–$\overline{D}^0$ 混じりにおける最大 CP 違反はどの程度か？
• RQ5 $1/m_c$ 細かい補正とハドロン的不確実性は、短距離予測の信頼性にどのように影響するか？

主な発見

• 短距離フレームワーク内では、$D^+\!$–$D^0$ ライフタイム比が実験結果と良好に一致しており、包括的アプローチの妥当性を支持する。
• ソフトなハドロン的背景との相互作用に起因する SU(3) 対称性の破れが、$D$–$\overline{D}$ 衰え幅差の主な寄与であると特定された。
• 次元9の演算子が $D$–$\overline{D}$ 幅差を10乗オーダーで増幅させ、実験結果との整合性を著しく改善した。
• 混じりにおける弱位相は $\phi = 1.8_{-0.1}^{+0.2}$ と推定され、非自明な位相構造を示唆している。
• 追加の SU(3) 対称性の破れ機構を仮定した場合、混じりにおける CP 違反は約1%まで許容可能である。
• 今後の8クォーク演算子の研究により、さらに SU(3) 対称性の破れ効果が強化され、残存する理論的緊張を解消する可能性がある。