[논문 리뷰] Upper Bounds on $K \ o \\pi \ u \\bar \ u$ and $K_{L} \ o \\pi^{0} e^{+} e^{-}$ from $\\epsilon^\\prime/\\epsilon$ and $K_{L} \ o \\mu^{+} \\mu^{-}$

Andrzej J. Buras, L. Silvestrini|arXiv (Cornell University)|1998. 11. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 36

한 줄 요약

이 논문은 실험적 제약 조건인 ε′/ε와 KL→μ⁺μ⁻를 이용하여 희귀 케이온 붕괴—K⁺→π⁺νν̄, KL→π⁰νν̄, 그리고 KL→π⁰e⁺e⁻—에 대한 엄격한 상한을 유도한다. 일부 새로운 물리 모델에서 예측한 브랜치 비율의 큰 증가가 배제됨을 보여주며, 주요 결과는 BR(KL→π⁰νν̄) ≤ 2.4×10⁻¹⁰ 및 BR(KL→π⁰e⁺e⁻) ≤ 3.6×10⁻¹¹로, 이는 이전의 제약 조건보다 20배 이상 더 엄격하다.

ABSTRACT

We analyze rare kaon decays in models in which the dominant new effect is an enhanced $\\bar s d Z$ vertex $Z_{ds}$. We point out that in spite of large theoretical uncertainties the CP-violating ratio $\\epsilon^\\prime/\\epsilon$ provides at present the strongest constraint on $\\Im Z_{ds}$. Assuming $0 \\le CKM parameters we obtain the bounds ${\ m BR}(K_L \ o \\pi^0 \ u \\bar \ u) \\le 2.4 \\cdot 10^{-10}$ and ${\ m BR}(K_L \ o \\pi^0 e^+ e^-) \\le 3.6 \\cdot 10^{-11}$ (which are substantially stronger than the bounds found recently by Colangelo and Isidori, using $\\epsilon$ instead of $\\epsilon^\\prime/\\epsilon$). We illustrate how these bounds can be improved with the help of the forthcoming data on $\\epsilon^\\prime/\\epsilon$. Using the bound on $\\Re Z_{ds}$ from $K_L 10^{-10}$. In this context we derive an analytic upper bound on ${\ m BR}(K^+ We also discuss new physics scenarios in which in addition to an enhanced $\\bar s d Z$ vertex also neutral meson mixing receives important new contributions. In this case larger values of the branching ratios in question cannot be excluded.

연구 동기 및 목표

• 표준모형을 초월한 새로운 물리 이론 모델에서 효과적인 Zds 정점의 허수부를 제약하기 위해.
• 초대칭 모델에서 제안된 희귀 케이온 붕괴 브랜치 비율의 큰 증가 가능성의 타당성을 시험하기 위해.
• 현재 실험 데이터를 이용하여 BR(KL→π⁰νν̄), BR(KL→π⁰e⁺e⁻), BR(K⁺→π⁺νν̄)의 제약 조건을 향상시키기 위해.
• BR(K⁺→π⁺νν̄)에 대한 해석적 상한을 BR(KL→π⁰νν̄)와 BR(KL→μ⁺μ⁻)의 단거리 기여도에 따라 유도하기 위해.
• 미래의 ε′/ε 측정치가 이러한 제약 조건에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 희귀 케이온 붕괴를 매개하는 효과적인 ¯sdZ 정점의 허수부를 제약하기 위해 CP 위반 비율 ε′/ε를 사용한다.
• ε′/ε에 대한 이론적 추정치인 Z-펜큐인 기여도를 적용하며, 이는 희귀 붕괴와 동일한 새로운 물리 정점에 민감하다.
• ε′/ε에 대한 실험적 제약 조건(0 ≤ ε′/ε ≤ 2×10⁻³)과 KL→μ⁺μ⁻의 제약 조건을 조합하여 ¯sdZ 정점의 실수부를 제약한다.
• BR(K⁺→π⁺νν̄)에 대한 해석적 상한을 BR(KL→π⁰νν̄)와 BR(KL→μ⁺μ⁻)의 단거리 기여도에 따라 유도한다.
• 세 가지 시나리오를 고려한다: (A) 새로운 물리가 Z-펜큐인에만 존재, (B) Zds 정점의 실수부와 허수부 모두 존재, (C) CP 위반은 새로운 물리에서만 기인.
• 새로운 물리가 유니타리 삼각형을 약간만 수정한다는 가정 하에 전반적인 피팅을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 콜랑젤로와 이지도리가 초대칭 모델에서 예측한 희귀 케이온 붕괴 브랜치 비율의 큰 증가가 현재 데이터로 배제될 수 있는가?
• RQ2 이론적 불확실성 고려 시, ε′/ε로부터 효과적인 ¯sdZ 정점의 허수부에 대한 제약 조건은 얼마나 강력한가?
• RQ3 미래의 ε′/ε 측정치 향상은 BR(KL→π⁰νν̄)와 BR(KL→π⁰e⁺e⁻)의 제약 조건에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 BR(K⁺→π⁺νν̄)에 대한 제약 조건은 BR(KL→μ⁺μ⁻)의 단거리 기여도에 어떻게 의존하는가?
• RQ5 BR(KL→π⁰νν̄)와 BR(KL→μ⁺μ⁻)SD로부터 BR(K⁺→π⁺νν̄)에 대한 해석적 상한을 도출할 수 있는가?

주요 결과

• 0 ≤ ε′/ε ≤ 2×10⁻³를 바탕으로 BR(KL→π⁰νν̄) ≤ 2.4×10⁻¹⁰ 및 BR(KL→π⁰e⁺e⁻)dir ≤ 3.6×10⁻¹¹로, εK로부터 이전의 제약 조건보다 20배 더 엄격하다.
• 논문 [10]에서 제안한 BR(KL→π⁰νν̄)와 BR(KL→π⁰e⁺e⁻)의 두 배수 정도의 증가 가능성은 현재의 ε′/ε 데이터로 인해 배제된다.
• BR(K⁺→π⁺νν̄) ≤ 2.3×10⁻¹⁰로, 이는 [10]에서의 제약 조건보다 약 4배 낮으며, ¯sdZ 정점의 실수부에 대한 재평가된 추정치 때문이 다.
• BR(K⁺→π⁺νν̄)에 대한 제약 조건는 ε′/ε가 아니라 BR(KL→μ⁺μ⁻)의 단거리 기여도에 의해 주로 결정된다.
• 시나리오 C(단지 새로운 물리에서 CP 위반이 기인)에서는 제약 조건가 더욱 강력해지며, (ε′/ε)exp ≤ 1×10⁻³일 경우 BR(KL→π⁰νν̄) ≤ 0.9×10⁻¹⁰ 및 BR(KL→π⁰e⁺e⁻) ≤ 1.6×10⁻¹¹이다.
• 미래의 ε′/ε 측정치 향상은 Zds 정점의 허수부에 대한 제곱 의존성 덕분에 BR(KL→π⁰νν̄)와 BR(KL→π⁰e⁺e⁻)의 제약 조건을 크게 강화할 것이다.