[논문 리뷰] Insights from the Interplay of K -> pi nu anti-nu and epsilon_K on the New Physics Flavour Structure

Monika Blanke|arXiv (Cornell University)|2009. 04. 16.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 30인용 수 21

한 줄 요약

이 논문은 εK에 대한 엄격한 실험적 제한에 기반해 ∆S=2 및 ∆S=1 전이에서의 보편적인 약한 위상에 의해, 특정한 새로운 물리(NP) 모델에서 KL→π⁰νν̄ 및 K⁺→π⁺νν̄ 분해비율 간의 엄격한 상관관계가 발생함을 규명한다. 이 상관관계는 K⁰–K̄⁰ 혼합과 K→πνν̄ 붕괴에 대한 NP 기여가 동일한 CP 위반 위상을 공유할 때만 발생하며, 특히 편향된 왼쪽-오른쪽 연산자가 채널에 의해 강화되는 모델에서는 위상 간 상관관계가 없을 경우 상관관계가 붕괴된다.

ABSTRACT

In certain new physics (NP) models, such as the Littlest Higgs model with T-parity, a strict correlation between the K_L -> pi0 nu anti-nu and K+ -> pi+ nu anti-nu branching ratios has been observed, allowing essentially only for two branches of possible points, while in other NP frameworks, such as the general MSSM or warped extra dimensional models, no visible correlation appears. We analyse the origin of the correlation in question and show it to be a direct consequence of the stringent experimental constraint on epsilon_K, provided that the NP enters with comparable strength and a universal weak phase in both Delta S = 2 and Delta S = 1 transitions. This happens in many NP scenarios with either only SM operators, or where the NP induces exclusively right-handed currents while the left-right Delta S = 2 operators are absent. On the other hand, if the NP phases in Delta S = 2 and Delta S = 1 processes are uncorrelated, epsilon_K has no power to put constraints on the K -> pi nu anti-nu system. The latter appears in particular in those NP models where K^0 - anti-K^0 mixing receives contributions from the chirally enhanced left-right operators. We discuss the stability of the correlation in question against small deviations from the assumption of universal Delta S = 2 and Delta S = 1 weak phases, and in the presence of non-negligible NP contributions to epsilon_K.

연구 동기 및 목표

• 특정한 NP 모델, 예를 들어 T-대칭이 있는 최소한의 히그스 모델(Littlest Higgs with T-parity)에서 관측된 KL→π⁰νν̄ 및 K⁺→π⁺νν̄ 분해비율 간 상관관계의 기원을 이해하는 것.
• εK에 대한 실험적 제약이 K→πνν̄ 붕괴 비율을 강하게 제약하는 조건을 규명하는 것.
• 보편적인 약한 위상에서의 작은 이탈이나 εK에 비중간한 NP 기여가 있을 경우 상관관계가 어떻게 유지되는지 조사하는 것.
• 상관관계가 NP 연산자 구조의 특성에 기인하는지, 아니면 CP 위반 위상의 보편성에 기인하는지 명확히 하는 것.

제안 방법

• K→πνν̄ 붕괴의 효과적 해밀토니안을 분석하며, (V−A)⊗(V−A) 및 (V+A)⊗(V−A) 전류-전류 연산자를 중심으로 다룬다.
• 편광자 메손의 존재로 인해 (V)⊗(V−A) 조합만 기여함을 규명하여 역학을 단순화한다.
• K→πνν̄ 진폭에서 윌슨 계수의 허수부를 제약하기 위해 εK에 대한 실험적 제한을 적용한다.
• 모델 독립적 분석을 통해 표준모형(SM) 예측과 NP 기여를 비교하며, ∆S=2 및 ∆S=1 전이에서 NP 강도가 유사하다는 가정을 둔다.
• 보편적인 약한 위상에서의 이탈과 εK에 대한 비중간한 NP 기여가 있을 경우 상관관계의 안정성을 평가한다.
• LHT, 최소한의 3-3-1, 일반적인 MSSM, 그리고 왜곡된 고차원(extra-dimensional) 모델을 비교 분석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 최소한의 히그스 모델에 T-대칭이 있는 경우와 같이 특정 모델에서는 KL→π⁰νν̄ 및 K⁺→π⁺νν̄ 분해비율 간 엄격한 상관관계가 나타나지만, 일반적인 MSSM 또는 RS 모델에서는 그렇지 않은가?
• RQ2 εK에 대한 실험적 제약이 어떤 NP 시나리오에서 K→πνν̄ 붕괴 비율 간 상관관계를 어떻게 강하게 제약하는가?
• RQ3 NP 기여가 ∆S=2 및 ∆S=1 전이에서 서로 상관관계가 없을 경우, 상관관계가 붕괴되는 조건은 무엇인가? 특히 편향된 왼쪽-오른쪽 연산자가 채널에 의해 강화되는 모델에서 그렇다.
• RQ4 상관관계는 새로운 풍미 위반 연산자 구조의 결과인지, 아니면 위상 보편성의 결과인지 여쭤본다.
• RQ5 작은 보편적인 약한 위상 이탈이나 εK에 비중간한 NP 기여가 있을 경우 상관관계는 얼마나 견고한가?

주요 결과

• KL→π⁰νν̄ 및 K⁺→π⁺νν̄ 분해비율 간 상관관계는 NP 연산자 구조가 아니라, ∆S=2 및 ∆S=1 전이에서의 보편적인 약한 위상 덕분에 발생한다.
• εK에 대한 엄격한 실험적 제한이 보편적인 위상이 있는 모델에서 K→πνν̄ 붕괴 비율을 두 개의 별개의 분지로 제약한다.
• NP 기여가 ∆S=2 및 ∆S=1 과정에서 서로 상관관계가 없을 경우, 특히 편향된 왼쪽-오른쪽 연산자가 채널에 의해 강화되는 모델에서는 상관관계가 붕괴된다.
• NP가 오직 오른쪽 스핀 전류만 유도하고 왼쪽-오른쪽 ∆S=2 연산자가 존재하지 않는 모델에서는 상관관계가 안정적이며 εK에 의해 강하게 제약된다.
• εK에 대한 NP 기여가 무시할 만큼 작을 경우, 보편적인 약한 위상에서의 작은 이탈에도 불구하고 상관관계는 견고하게 유지된다.
• 일반적인 MSSM 및 보편적인 필드를 가진 RS 모델에서 상관관계가 없는 것은 새로운 풍미 위반 연산자가 존재하고 위상 간 상관관계가 없기 때문이다.