[논문 리뷰] Searching for new physics with Bs0→K(⁎)0K¯(⁎)0 — A reappraisal

Bhubanjyoti Bhattacharya, Alakabha Datta외 2명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 31.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 20인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 Ciuchini, Pierini, 및 Silvestrini가 제안한 방법을 재평가하여 B_s^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 붕괴에서 효과적인 CP 위반 위상 2β_s^eff를 추출할 때 이론적 불확실성을 줄이는 데 초점을 맞춘다. 이론적 오차가 2–3°로 작을 수 있는 조건은 B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 붕괴에서 직접 및 간접 CP 비대칭이 C_d² + S_d² ≲ 0.4–0.5를 만족할 때에만 성립하며, 이 조건을 만족하지 못하면 오차는 최대 14.9°까지 증가할 수 있다. 이는 SU(3) 대칭 깨짐 효과를 실험적으로 측정할 필요성을 강조한다.

ABSTRACT

Abstract The effective phase 2 β s eff can be extracted from the indirect CP-violating asymmetry in B s 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 . In the standard model, 2 β s eff is expected to vanish, and so its measurement can potentially reveal the presence of new physics. However, there is a theoretical error if the second amplitude, V u b ⁎ V u s P u c ′ , is non-negligible. Ciuchini, Pierini and Silvestrini (CPS) have suggested measuring P u c in B d 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 , and relating it to P u c ′ using SU(3). For their choice of C d and S d , the direct and indirect CP asymmetries in B d 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 , they find that the error on 2 β s eff is very small, even allowing for 100% SU(3) breaking. In this Letter, we re-examine the CPS method, allowing for a large range of the B d , s 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 observables. We find that, if C d 2 + S d 2 is measured to be ≲ 0.4 – 0.5 , the theoretical error on 2 β s eff is indeed small, 2–3°. However, for other values of these observables, this error can be quite large, up to 14.9°. This problem can be ameliorated if the values of SU(3) breaking were known, and we discuss different experimental ways of determining this quantity.

연구 동기 및 목표

• CPS 방법을 사용하여 B_s^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 붕괴에서 효과적인 CP 위반 위상 2β_s^eff를 추출할 때의 이론적 불확실성을 재평가하는 것.
• B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 붕괴에서의 직접 및 간접 CP 비대칭(C_d 및 S_d) 변화에 따른 2β_s^eff의 불확실성 민감도 평가.
• 2β_s^eff의 이론적 오차가 작게 유지되는 조건(2–3°)과 크게 증가하는 조건(최대 14.9°)을 규명하는 것.
• SU(3) 대칭 깨짐 효과에 대한 지식이 2β_s^eff의 이론적 불확실성 감소에 어떻게 기여할 수 있는지 탐색하는 것.
• B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 시스템에서 SU(3) 대칭 깨짐을 제약할 수 있는 실험 관측량을 규명하는 것.

제안 방법

• B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 붕괴에서의 직접 및 간접 CP 비대칭(C_d 및 S_d)에 대해 더 넓은 범위의 가능한 값들을 고려하여 CPS 방법을 재분석하는 것.
• SU(3) 색깔 대칭을 적용하여 B_s^0 붕괴의 펜텀 진폭 P_u'을 B_d^0 붕괴의 해당 진폭 P_u와 연결하는 것.
• SU(3) 대칭 깨짐 효과가 완전히 알려져 있지 않다고 가정할 때, 2β_s^eff의 이론적 불확실성을 C_d² + S_d²의 함수로 정량화하는 것.
• 다양한 수준의 SU(3) 대칭 깨짐(최대 100% 깨짐 포함)에 따른 오차 민감도 평가.
• C_d 및 S_d의 실험적 측정을 통해 SU(3) 대칭 깨짐을 제약하고 이론적 오차를 감소시키는 방법으로 제안하는 것.
• C_d² + S_d²의 측정값을 2β_s^eff의 이론적 오차가 수용 가능한 수준으로 유지되는지 여부를 판단하는 핵심 입력으로 사용하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 붕괴에서 C_d 및 S_d의 값에 따라 2β_s^eff의 이론적 불확실성은 어떻게 달라지는가?
• RQ2 CPS 방법이 2β_s^eff에 대해 작은 이론적 오차(2–3°)를 제공하는 조건은 무엇인가?
• RQ3 C_d² + S_d²가 0.4–0.5의 임계값을 초과할 경우, 2β_s^eff의 최대 이론적 오차는 얼마인가?
• RQ4 B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 관측량의 실험적 측정은 2β_s^eff의 이론적 오차 감소에 어떻게 기여할 수 있는가?
• RQ5 SU(3) 대칭 깨짐 효과는 2β_s^eff 추출의 정밀도를 얼마나 제한하며, 이를 어떻게 제약할 수 있는가?

주요 결과

• 2β_s^eff의 이론적 오차가 작게 유지되려면 C_d² + S_d² ≲ 0.4–0.5여야 하며, 이는 B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 붕괴에서 특정 범위의 직접 및 간접 CP 비대칭에 해당한다.
• C_d² + S_d²가 이 임계값을 초과할 경우, 2β_s^eff의 이론적 오차는 크게 증가하여 최대 14.9°까지 도달할 수 있다.
• 이론적 오차의 크기는 B_d^0 시스템에서의 CP 비대칭 매개변수 C_d 및 S_d의 크기에 매우 민감하다.
• SU(3) 대칭 깨짐 효과에 대한 지식은 핵심적이다: 만약 이러한 효과들이 실험적으로 알려져 있다면, 2β_s^eff의 오차는 상당히 감소할 수 있다.
• B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 붕괴에서 C_d 및 S_d를 실험적으로 측정하는 것은 SU(3) 대칭 깨짐을 제약하고 2β_s^eff의 정밀도를 향상시키는 실현 가능한 길을 제공한다.
• B_d^0 붕괴 관측량이 충분히 정밀하게 측정되어 C_d² + S_d²가 유리한 범위 내에 유지되어야만 CPS 방법이 새로운 물리학 탐색에 유의미하게 적용될 수 있다.