[논문 리뷰] Anomalously large ${\cal O}_8$ and long-distance chirality from $A_{ m CP}[D^0 o ( ho^0,\omega) \gamma](t)$

James Lyon, Roman Zwicky|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 24.

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions참고 문헌 1인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ 붕괴에서 큰 CP 비대칭성이 장거리 진폭과 새로운 물리의 색자기모멘트 연산자 $\mathcal{O}_8$ 간의 간섭으로 인해 발생한다고 제안한다. 이로 인해 $\text{Im}[C_8^{\text{NP}}] \simeq 0.4 \cdot 10^{-2}$일 때 직접 CP 위반은 몇 퍼센트 수준으로 나타나며, 이는 표준모형 추정치보다 두 개의 주문만큼 초과된다. 이 효과는 $\mathcal{O}_8$ 내에서 큰 강한 위상에 의해 주도되며, $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$의 역할은 모형에 따라 달라진다.

ABSTRACT

A large CP-asymmetry $\Delta A_{ m CP}$ has been reported in the $D^0 o \pi^+\pi^-/K^+K^-$ system. At present it remains unclear whether this is due to incalculable strong interaction matrix elements or genuine new physics (NP). Amongst the latter a new weak phase in the chromomagnetic operator ${\cal O}_8$ has emerged as a promising candidate. Extending earlier ideas we show that the interference of long-distance (LD) terms with the ${\cal O}_8$ matrix element, which has a large strong phase, gives rise to direct CP-violation at the level of a few percent in $D^0 o ( ho^0,\omega) \gamma$ and $D^+_{(d,s)} o ( ho^+,K^{*+}) \gamma$ for reference values $ { m Im}[C_8^{NP}] \simeq 0.4 \cdot 10^{-2}$. This is two orders of magnitude above a Standard Model (SM) estimate. The contribution of $ { m Im}[C_7^{NP}]$, which is dependent on the model of NP, is governed by the LD strong phase which vanishes in the chiral limit at leading order. The question of whether this is significantly changed by radiative corrections is an open and interesting question that we discuss. Furthermore we point out that the relative size of left- and right-handed (photon polarisation)-LD amplitudes can be measured, in principle, through time-dependent CP (TDCP) asymmetries in the case where they are both sizeable which is supported by SM estimates. Thus determination of the latter provides interesting information on the LD-chirality independent of NP. We comment on the origin of the LD contribution, which we believe to be dominated by weak annihilation (WA), in the appendix.

연구 동기 및 목표

• 관측된 $D^0 \to \pi^+\pi^-/K^+K^-$ 붕괴에서의 이례적으로 큰 CP 비대칭성 $\Delta A_{\text{CP}}$를 설명하기 위해.
• 이 비대칭성이 강상호작용 효과가 아니라, 새로운 물리에서 비롯된 새로운 약한 위상, 특히 색자기모멘트 연산자 $\mathcal{O}_8$의 약한 위상에서 기인하는지 조사하기 위해.
• 장거리(LD) 기여, 특히 약한 허브리드의 역할을 분석하여 측정 가능한 CP 위반과 편미러 민감도 효과를 생성하는지 탐색하기 위해.
• 시간에 따라 변화하는 CP 비대칭성을 통해 왼쪽과 오른쪽 편미러 광자 편광 진폭의 상대 기여를 측정할 가능성 평가하기 위해.
• 반사 보정이 $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 기여에 미치는 영향을 분석하여, 이 기여가 편미러 근사에서 민감하게 반응하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 단거리 및 장거리 기여의 합으로 모형화된 붕괴 진폭 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$에서 $\mathcal{O}_8$와 LD 항 간의 간섭을 고려하기 위해.
• $\mathcal{O}_8$ 행렬원소 내 큰 강한 위상을 사용하여 직접 CP 위반을 증폭시키며, 이로 인해 관측 가능한 비대칭성이 발생함을 보여주기 위해.
• 시간에 따라 변화하는 CP 비대칭성을 분석하여 왼쪽과 오른쪽 편미러 광자 편광 진폭의 상대 기여를 추출하기 위해.
• 강한 위상이 사라지는 주요 순서의 편미러 근사에서 $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 기여를 평가하기 위해.
• 반사 보정이 $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 기여의 크기 변화에 미치는 영향을 평가하여, 이 기여의 안정성 검토하기 위해.
• 표준모형 추정치와 모형 일관성에 기반해 약한 허브리드가 장거리 기여의 주요 기여원임을 규명하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 $D^0 \to \pi^+\pi^-/K^+K^-$ 붕괴에서 큰 CP 비대칭성은 색자기모멘트 연산자 $\mathcal{O}_8$의 새로운 약한 위상에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 $\mathcal{O}_8$와 장거리 진폭 간의 간섭이 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$에서 직접 CP 위반을 어느 정도 유도하는가?
• RQ3 반사 보정은 $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 기여에 어떤 영향을 미치며, 특히 편미러 근사에서 어떻게 작용하는가?
• RQ4 시간에 따라 변화하는 CP 비대칭성은 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$에서 왼쪽과 오른쪽 편미러 광자 편광 진폭의 상대 크기를 측정하는 데 사용될 수 있는가?
• RQ5 장거리 기여의 기원은 무엇이며, 약한 허브리드가 주요 메커니즘인가?

주요 결과

• $\mathcal{O}_8$ 행렬원소와 장거리 진폭 간의 간섭은 $\text{Im}[C_8^{\text{NP}}] \simeq 0.4 \cdot 10^{-2}$일 때 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$에서 몇 퍼센트 수준의 직접 CP 위반을 유도하며, 이는 표준모형 추정치보다 두 개의 주문만큼 초과된다.
• $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 기여는 편미러 근사에서 강한 위상의 소멸로 인해 주로 순서에서 억제되지만, 반사 보정에 의해 크기가 변할 수 있다.
• 시간에 따라 변화하는 CP 비대칭성은 원칙적으로 왼쪽과 오른쪽 편미러 광자 편광 진폭의 상대 크기를 측정할 수 있으며, 이는 새로운 물리에 의존하지 않는 장거리 편미러 민감도에 대한 정보를 제공한다.
• 장거리 기여는 표준모형 추정치와 모형 일관성에 기반해 약한 허브리드에 의해 주로 결정될 가능성이 높다.
• $\mathcal{O}_8$ 내 큰 강한 위상은 관측 가능한 CP 위반을 생성하는 데 필수적이며, 이는 메커니즘의 핵심 요소이다.
• $\mathcal{O}_8$-LD 간섭의 모형 독립성은 특정 새로운 물리 모형의 세부 사항에 의존하지 않는 안정적인 CP 비대칭 예측을 가능하게 한다.