[논문 리뷰] Revisiting B o\pi K, \pi K^{\ast} and ho K Decays: Direct CP Violation and Implication for New Physics

Qin Chang, Xin-Qiang Li외 1명|arXiv (Cornell University)|2008. 07. 27.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 QCD 인자분해를 사용하여 $B \to \pi K$, $\pi K^*$, 및 $\omega K$ 붕괴를 재검토하며, 적분형이 아닌 글루온 보존을 사용하여, 시간 영역에서의 상쇄 기여가 큰 강한 위상을 생성하는 것으로 나타났고, 하드 스펙터 산산이 여전히 실수임을 보였다. 실험적 분열비와 CP 비대칭도는 잘 일치하지만, $A_{CP}(B^\pm \to K^\pm \pi^0)$를 제외하고는 양호한 일치를 보였다. $\pi K$ CP 비대칭도의 불일치는 새로운 물리의 징후로 간주되며, 이는 모형 독립적인 $\bar{s}(1+\gamma_5)b \otimes \bar{q}(1+\gamma_5)q$ 연산자 분석을 통해 타당한 매개변수 공간에서 비자명한 약한 위상이 존재함을 드러냈다.

ABSTRACT

Combining the up-to-date experimental information on $B o\pi K, \pi K^{\ast}$ and $ ho K$ decays, we revisit the decay rates and CP asymmetries of these decays within the framework of QCD factorization. Using an infrared finite gluon propagator of Cornwall prescription, we find that the time-like annihilation amplitude could contribute a large strong phase, while the sapce-like hard spectator scattering amplitude is real. Numerically, we find that all the branching ratios and most of the direct CP violations, except $A_{CP}(B^{\pm} o K^{\pm}\pi^{0})$, are in agreement with the current experimental data with an effective gluon mass $m_g\simeq0.5 m GeV$. Taking the unmatched difference in direct CP violations between $B o\pi^{0} K^{\pm}$ and $\pi^{\mp}K^{\pm}$ decays as a hint of new physics, we perform a model-independent analysis of new physics contributions with a set of $\bar{s}(1+\gamma_{5})b\otimes\bar{q}(1+\gamma_{5})q$ (q=u,d) operators. Detail analyses of the relative impacts of the operators are presented in five cases. Fitting the twelve decay modes, parameter spaces are found generally with nontrivial weak phases. Our results may indicate that both strong phase from annihilation amplitude and new weak phase from new physics are needed to resolve the $\pi K$ puzzle.

연구 동기 및 목표

• 최신 실험 데이터를 바탕으로 $B$ 붕괴에서 오랫동안 지속된 $\pi K$ 수수께끼를 해결하기 위해 붕괴 진폭과 CP 비대칭도를 재평가하는 것.
• $B^\pm \to \pi^0 K^\pm$ 와 $B^\pm \to \pi^\mp K^\pm$ 붕괴 간의 직접적 CP 비대칭도 간의 관측된 불일치가 새로운 물리의 신호인지 조사하는 것.
• $\bar{s}(1+\gamma_5)b \otimes \bar{q}(1+\gamma_5)q$ 연산자를 통한 새로운 물리 기여의 모형 독립적 분석을 수행하는 것.
• 강한 위상(상쇄에서 기인)과 새로운 물리에서 기인한 약한 위상 둘 다 데이터를 설명하기 위해 필요로 하는지 확인하는 것.

제안 방법

• Cornwall의 규정에 따라 적분형이 아닌 글루온 보존을 사용한 QCD 인자분해를 통해 붕괴 진폭을 계산하는 것.
• 기여를 시간 영역 상쇄와 공간 영역 하드 스펙터 산산 진폭으로 분리하는 것.
• 적분형 발산을 조절하기 위해 효과적인 글루온 질량 $m_g \simeq 0.5$ GeV를 할당하는 것.
• 시간 영역 상쇄 진폭을 통해 큰 강한 위상을 생성하고, 공간 영역 하드 스펙터 진폭은 실수로 유지하는 것.
• 12개의 붕괴 모드에 대한 전반적 피팅을 통해 새로운 물리 매개변수 공간을 제약하는 것.
• 새로운 물리 연산자 기여의 다섯 가지 별개의 경우를 분석하여 그 상대적 영향을 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 $B \to \pi K$ 붕괴에서 시간 영역 상쇄 진폭이 관측된 CP 비대칭도를 설명할 수 있을 정도로 충분히 큰 강한 위상을 기여하는가?
• RQ2 왜 직접적 CP 비대칭도 $A_{CP}(B^\pm \to K^\pm \pi^0)$ 는 데이터와 크게 불일치하는가? 그 외의 다른 비대칭도는 잘 재현되는가?
• RQ3 $\pi K$ 수수께끼를 해결하는 데 있어 새로운 물리의 역할은 무엇인가? 특히 비일치하는 CP 비대칭도를 고려할 때.
• RQ4 $\bar{s}(1+\gamma_5)b \otimes \bar{q}(1+\gamma_5)q$ 연산자의 어떤 조합이 동시에 데이터를 잘 맞추고 비자명한 약한 위상을 갖는가?
• RQ5 강한 위상(상쇄에서 기인)과 새로운 물리에서 기인한 약한 위상 간의 상호작용이 $B \to \pi K$ 붕괴 관측치 전체를 설명하기 위해 필수적인가?

주요 결과

• 시간 영역 상쇄 진폭은 큰 강한 위상을 기여하고, 공간 영역 하드 스펙터 산산 진폭은 적분형이 아닌 글루온 보존에 따라 실수로 유지된다.
• $m_g \simeq 0.5$ GeV 를 사용할 경우 모든 분열비와 대부분의 직접적 CP 비대칭도가 실험 데이터와 양호하게 일치한다.
• 직접적 CP 비대칭도 $A_{CP}(B^\pm \to K^\pm \pi^0)$ 는 데이터와 상당한 불일치를 보이며, 새로운 물리의 잠재적 신호로 간주된다.
• $B^\pm \to \pi^0 K^\pm$ 와 $B^\pm \to \pi^\mp K^\pm$ 붕괴 간의 CP 비대칭도 불일치는 새로운 물리의 핵심 단서로 확인되었다.
• $\bar{s}(1+\gamma_5)b \otimes \bar{q}(1+\gamma_5)q$ 연산자에 대한 모형 독립적 분석은 비자명한 약한 위상을 갖는 타당한 매개변수 공간을 드러냈다.
• 결과는 $\pi K$ 수수께끼를 해결하기 위해 상쇄에서 기인한 강한 위상과 새로운 물리에서 기인한 새로운 약한 위상 둘 다 필요하다는 것을 시사한다.