[논문 리뷰] $K_L o \pi^0 u \bar u$ Beyond the Standard Model

Yuval Grossman, Yosef Nir|arXiv (Cornell University)|1997. 01. 16.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 113

한 줄 요약

이 논문은 모형에 종속되지 않는 프레임워크에서 희귀한 케론 붕괴 $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$를 분석하며, 렙톤 페어링 보존 조건 하에서 붕괴가 주로 혼합과 붕괴 간의 CP 위반 간섭을 통해 일어나며, 이로 인해 이sovotropy 보정을 제외한 이론적 관계 $\Gamma(K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}) / \Gamma(K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}) = \sin^2\theta$ 가 성립함을 보여준다. $K^+$ 붕괴율에 대한 실험적 제한은 $K_L$ 붕괴 분율에 대해 $1.1 \times 10^{-8}$ 이하의 상한선을 제시한다.

ABSTRACT

We analyze the decay $K_L o \pi^0 u \bar u$ in a model independent way. If lepton flavor is conserved the final state is (to a good approximation) purely CP even. In that case this decay mode goes mainly through CP violating interference between mixing and decay. Consequently, a theoretically clean relation between the measured rate and electroweak parameters holds in any given model. Specifically, $\Gamma(K_L o \pi^0 u \bar u)/\Gamma(K^+ o \pi^+ u \bar u)= \sin^2 heta$ (up to known isospin corrections), where $ heta$ is the relative CP violating phase between the $K-\bar K$ mixing amplitude and the $s o d u\bar u$ decay amplitude. The experimental bound on $BR(K^+ o \pi^+ u \bar u)$ provides a model independent upper bound: $BR(K_L o \pi^0 u \bar u) < 1.1 imes 10^{-8}$. In models with lepton flavor violation, the final state is not necessarily a CP eigenstate. Then CP conserving contributions can dominate the decay rate.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 모형에 종속되지 않는 방식으로 $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 붕괴를 조사하기 위해.
• 렙톤 페어링 보존 조건 하에서 $K_L$ 와 $K^+$ 붕괴율 간의 이론적 관계를 규명하기 위해.
• 실험적 제약 조건을 바탕으로 $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 붕괴 분율에 대한 모형에 종속되지 않는 상한선을 설정하기 위해.
• 렙톤 페어링 위반이 최종 상태와 붕괴 진폭의 구조에 미치는 영향을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 붕괴 진폭을 기술하기 위해 모형에 종속되지 않는 효과적인 양자장 이론 접근법을 사용하였다.
• CP 성질에 따라 기여를 분리하였으며, 렙톤 페어링 보존을 가정하여 CP 짝수 최종 상태를 식별하였다.
• 상대적인 CP 위반 위상 $\theta$ 를 이용하여 붕괴율 비율을 유도하였다. 이는 $K-\bar{K}$ 혼합과 $s \to d \mu\bar{\mu}}$ 붕괴 진폭 간의 위상이다.
• 이sovotropy 보정을 포함하여 $K_L$ 와 $K^+$ 붕괴율 간의 이론적 관계를 정밀화하였다.
• 렙톤 페어링 위반이 있을 경우, 최종 상태는 더 이상 CP 고유상태가 아니며, 이로 인해 CP 보존 기여가 지배하게 된다.
• 실험적 제한을 통해 $K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}$ 에서 유도된 이론적 관계를 바탕으로 $K_L$ 붕괴 분율에 대한 상한선을 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 렙톤 페어링 보존 모형에서 $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 와 $K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}$ 붕괴율 간의 이론적 관계는 무엇인가?
• RQ2 렙톤 페어링 보존 조건 하에서 CP 위반이 $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 붕괴 진폭에 어떻게 나타나는가?
• RQ3 실험적 제약 조건을 바탕으로 한 모형에 종속되지 않는 $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 붕괴 분율에 대한 상한선은 무엇인가?
• RQ4 렙톤 페어링 위반이 도입되었을 경우, CP 보존 기여는 붕괴율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 혼합과 붕괴 진폭 간의 상대적인 CP 위반 위상 $\theta$ 는 $K_L$ 붕괴율을 결정하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 렙톤 페어링 보존 모형에서 $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 붕괴는 주로 혼합과 붕괴 진폭 간의 CP 위반 간섭을 통해 일어난다.
• 이론적 관계 $\Gamma(K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}) / \Gamma(K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}) = \sin^2\theta$ 는 알려진 이sovotropy 보정을 제외한 상태에서 성립한다.
• $K^+ \to \pi^+ \mu\bar{\mu}}$ 에 대한 실험적 제한으로 인해 $K_L \to \pi^0 \mu\bar{\mu}}$ 붕괴 분율은 $1.1 \times 10^{-8}$ 이하로 상한선이 제시된다.
• 렙톤 페어링 위반이 있는 모형에서는 최종 상태가 더 이상 CP 고유상태가 아니며, 이로 인해 CP 보존 기여가 붕괴율을 지배하게 된다.
• 렙톤 페어링 보존 조건 하에서 붕괴율 관계는 이론적으로 깔끔하고 모형에 종속되지 않아 전자기력 상수를 정밀하게 추출할 수 있다.
• $K_L$ 붕괴율에 대한 상한선은 특정한 새로운 물리 모형에 의존하지 않으며, 오직 측정된 $K^+$ 붕괴율에만 의존하여 강건하게 유지된다.