[논문 리뷰] Upper bounds on K ---> pi neutrino anti-neutrino and K(L) ---> pi0 e+ e- from epsilon-prime / epsilon and K(L) ---> mu+ mu-

Andrzej J. Buras, L. Silvestrini|arXiv (Cornell University)|1999. 04. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 31인용 수 39

한 줄 요약

이 논문은 CP 위반 비율 ε′/ε를 통해 s-d-Z 접합의 허수 성분을 제약 조건으로 삼아, 희귀 케이온 붕괴인 K⁺ → π⁺νν̄, K_L → π⁰νν̄, 및 K_L → π⁰e⁺e⁻에 대한 엄격한 상한값을 유도한다. 표준모형 CKM 매개변수와 함께 ε′/ε ≤ 2×10⁻³을 가정할 때, BR(K_L → π⁰νν̄) ≤ 2.4×10⁻¹⁰ 및 BR(K_L → π⁰e⁺e⁻) ≤ 3.6×10⁻¹¹을 도출하며, 이는 이전의 상한값보다 크게 향상된 결과이다.

ABSTRACT

Abstract We analyze rare kaon decays in models in which the dominant new effect is an enhanced s dZ vertex Z ds . We point out that in spite of large theoretical uncertainties the CP -violating ratio e′/e provides at present the strongest constraint on Im Z ds . Assuming 0 ⩽ e ′/ e ⩽ 2 × 10 −3 and Standard Model values for the CKM parameters we obtain the bounds BR (K L → π 0 ν ν ) ⩽ 2.4 × 10 −10 and BR( K L → π 0 e + e − ) ⩽ 3.6 × 10 −11 (which are substantially stronger than the bounds found recently by Colangelo and Isidori, using e K instead of e′/e). We illustrate how these bounds can be improved with the help of the forthcoming data on e′/e. Using the the bound on Re Z ds from K L → μ + μ − we find BR (K + → π + ν ν ⩽ 2.3 × 10 −10 . In this context we derive an analytic upper bound on BR (K + → π + ν ν ) as a function of BR (K L → π 0 ν ν ) and the short distance contribution to BR( K L → μ + μ − ). We also discuss new physics scenarios in which in addition to an enhanced s dZ 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

• 희귀 케이온 붕괴에 대한 새로운 물리 기여를 제약 조건으로 삼는 CP 위반 비율 ε′/ε를 사용한다.
• ε_K 대신 ε′/ε를 사용하여 K_L → π⁰νν̄, K_L → π⁰e⁺e⁻, 및 K⁺ → π⁺νν̄의 브랜치 비율에 대한 기존 상한값을 향상시킨다.
• K_L → π⁰νν̄의 브랜치 비율과 K_L → μ⁺μ⁻의 단거리 기여도에 대한 함수로 BR(K⁺ → π⁺νν̄)의 해석적 상한값을 유도한다.
• s-d-Z 접합과 중성 케이온 혼합에 모두 상당한 새로운 물리 기여가 존재하는 경우를 탐색한다.
• 미래의 ε′/ε 측정치로 인해 희귀 케이온 붕괴에서 새로운 물리 현상을 더 민감하게 탐지할 수 있는지 평가한다.

제안 방법

• 강화된 s-d-Z 접합을 가진 모델에서 희귀 케이온 붕괴를 분석하며, 주로 CP 위반 효과에 초점을 맞춘다.
• 측정된 범위 0 ≤ ε′/ε ≤ 2×10⁻³을 s-d-Z 접합 상수의 허수 부분에 대한 제약 조건으로 사용한다.
• K_L → μ⁺μ⁻ 붕괴로부터 도출된 Re(Z_ds)의 제약 조건을 활용하여 K⁺ → π⁺νν̄의 브랜치 비율을 제약한다.
• K_L → π⁰νν̄의 브랜치 비율과 K_L → μ⁺μ⁻의 단거리 기여도에 대한 함수로 BR(K⁺ → π⁺νν̄)의 해석적 상한값을 유도한다.
• 중성 케이온 혼합에 추가적인 새로운 물리 기여가 존재하는 경우를 고려하여, 상한값이 완화될 수 있음을 분석한다.
• 표준모형 CKM 매개변수와 양자 chromodynamics 기법을 사용하여 이러한 제약 조건 하에서 브랜치 비율을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ε_K 대신 ε′/ε를 사용할 경우, K_L → π⁰νν̄ 및 K_L → π⁰e⁺e⁻에 대한 제약 조건은 얼마나 강력한가?
• RQ2 ε′/ε와 K_L → μ⁺μ⁻ 데이터를 사용하여 BR(K⁺ → π⁺νν̄)를 해석적으로 상한값으로 제약할 수 있는가?
• RQ3 중성 케이온 혼합에 추가적인 새로운 물리 기여가 존재할 경우, 희귀 케이온 붕괴의 상한값에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이번에 도출된 상한값은 ε_K를 사용한 이전 분석과 비교하여 어떻게 다를까?
• RQ5 미래의 ε′/ε 측정치로 인해 희귀 케이온 붕괴에서 새로운 물리 현상을 탐지할 수 있는 민감도는 어느 정도 향상될 수 있는가?

주요 결과

• ε′/ε ≤ 2×10⁻³ 및 표준모형 CKM 매개변수를 가정할 때, 이 논문은 BR(K_L → π⁰νν̄) ≤ 2.4×10⁻¹⁰을 도출하였으며, 이는 이전의 상한값보다 크게 향상된 결과이다.
• BR(K_L → π⁰e⁺e⁻)의 상한값은 ≤ 3.6×10⁻¹¹로 도출되었으며, 이는 Colangelo와 Isidori의 최근 결과보다 훨씬 더 강력한 제약 조건이다.
• BR(K⁺ → π⁺νν̄)의 상한값은 Re(Z_ds) 제약 조건과 ε′/ε 상한값을 바탕으로 ≤ 2.3×10⁻¹⁰로 결정되었다.
• K_L → π⁰νν̄의 브랜치 비율과 K_L → μ⁺μ⁻의 단거리 기여도에 대한 함수로 BR(K⁺ → π⁺νν̄)의 해석적 상한값이 도출되었다.
• 중성 케이온 혼합에 추가적인 새로운 물리 기여가 존재하는 경우, 희귀 붕괴의 더 큰 브랜치 비율이 배제되지 않을 수 있다.
• 결과는 ε′/ε가 희귀 케이온 붕괴에서 새로운 물리 현상을 탐지하기 위해 ε_K보다 더 강력한 제약 조건을 제공한다는 것을 보여준다.