[論文レビュー] Upper bounds on K ---> pi neutrino anti-neutrino and K(L) ---> pi0 e+ e- from epsilon-prime / epsilon and K(L) ---> mu+ mu-

Andrzej J. Buras, L. Silvestrini|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 31被引用数 39

ひとこと要約

本稿は、CP対称性の破れ比 ε′/ε を用いて、s-d-Z頂点の虚数部に制約を加えることにより、希少な中間子崩壊 K⁺ → π⁺νν̄、K_L → π⁰νν̄、および K_L → π⁰e⁺e⁻ に対するきびしい上限を導出する。標準模型（SM）のCKMパラメータと ε′/ε ≤ 2×10⁻³ を仮定すると、BR(K_L → π⁰νν̄) ≤ 2.4×10⁻¹⁰ および BR(K_L → π⁰e⁺e⁻) ≤ 3.6×10⁻¹¹ が得られ、従来の上限よりも顕著に改善される。

ABSTRACT

Abstract We analyze rare kaon decays in models in which the dominant new effect is an enhanced s dZ vertex Z ds . We point out that in spite of large theoretical uncertainties the CP -violating ratio e′/e provides at present the strongest constraint on Im Z ds . Assuming 0 ⩽ e ′/ e ⩽ 2 × 10 −3 and Standard Model values for the CKM parameters we obtain the bounds BR (K L → π 0 ν ν ) ⩽ 2.4 × 10 −10 and BR( K L → π 0 e + e − ) ⩽ 3.6 × 10 −11 (which are substantially stronger than the bounds found recently by Colangelo and Isidori, using e K instead of e′/e). We illustrate how these bounds can be improved with the help of the forthcoming data on e′/e. Using the the bound on Re Z ds from K L → μ + μ − we find BR (K + → π + ν ν ⩽ 2.3 × 10 −10 . In this context we derive an analytic upper bound on BR (K + → π + ν ν ) as a function of BR (K L → π 0 ν ν ) and the short distance contribution to BR( K L → μ + μ − ). We also discuss new physics scenarios in which in addition to an enhanced s dZ vertex also neutral meson mixing receives important new contributions. In this case larger values of the branching ratios in question cannot be excluded.

研究の動機と目的

• CP対称性の破れ比 ε′/ε を用いて、希少中間子崩壊における新しい物理の寄与を制約すること。
• ε_K ではなく ε′/ε を用いることで、K_L → π⁰νν̄、K_L → π⁰e⁺e⁻、および K⁺ → π⁺νν̄ の分岐比に対する既存の上限を改善すること。
• BR(K_L → π⁰νν̄) と K_L → μ⁺μ⁻ の短距離寄与を変数とする関数として、BR(K⁺ → π⁺νν̄) の解析的上限を導出すること。
• s-d-Z頂点と中性中間子混合の両方に顕著な新しい物理の寄与が存在する状況を検討すること。
• 将来の ε′/ε 測定によって、希少中間子崩壊における新しい物理の感度がどの程度向上するかを評価すること。

提案手法

• CP対称性の破れ効果に注目し、強化された s-d-Z 頂点を有するモデルにおける希少中間子崩壊を分析する。
• 測定範囲 0 ≤ ε′/ε ≤ 2×10⁻³ を用いて、s-d-Z 頂点結合の虚数部に制約を加える。
• K_L → μ⁺μ⁻ 崩壊からの Re(Z_ds) の制約を組み合わせ、K⁺ → π⁺νν̄ の分岐比を制約する。
• BR(K_L → π⁰νν̄) と K_L → μ⁺μ⁻ の短距離寄与を変数とする関数として、BR(K⁺ → π⁺νν̄) の解析的上限を導出する。
• 中性中間子混合に追加の新しい物理の寄与が存在する状況を検討し、その場合に上限が緩和される可能性を評価する。
• 標準模型のCKMパラメータと摂動的QCD技術を用いて、これらの制約下での分岐比を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ε_K の代わりに ε′/ε を用いる場合、K_L → π⁰νν̄ および K_L → π⁰e⁺e⁻ の制約はどの程度強化されるか？
• RQ2 ε′/ε と K_L → μ⁺μ⁻ のデータを用いて、K⁺ → π⁺νν̄ の分岐比を解析的に制約できるか？
• RQ3 中性中間子混合に追加の新しい物理の寄与が存在する場合、希少中間子崩壊の上限にどのような影響を与えるか？
• RQ4 ε_K を用いた従来の解析と比較して、導出された上限はどのように異なるか？
• RQ5 将来の ε′/ε 測定によって、希少中間子崩壊における新しい物理の感度はどの程度向上するか？

主な発見

• ε′/ε ≤ 2×10⁻³ と SM のCKMパラメータを仮定すると、本稿では BR(K_L → π⁰νν̄) ≤ 2.4×10⁻¹⁰ を導出し、従来の上限よりも顕著に改善される。
• BR(K_L → π⁰e⁺e⁻) の上限は ≤ 3.6×10⁻¹¹ であると判明し、Colangelo と Isidori の最近の結果よりも顕著に強い。
• BR(K⁺ → π⁺νν̄) の上限は ≤ 2.3×10⁻¹⁰ であると特定され、Re(Z_ds) の制約と ε′/ε の上限から導出される。
• BR(K_L → π⁰νν̄) と K_L → μ⁺μ⁻ の短距離寄与を変数とする関数として、BR(K⁺ → π⁺νν̄) の解析的上限が導出された。
• 中性中間子混合に追加の新しい物理の寄与が存在する状況では、希少崩壊の分岐比がより大きくなる可能性が排除できない。
• 結果は、ε′/ε が希少中間子崩壊における新しい物理を探る手段として、ε_K よりもはるかに強力な制約であることを示している。