[論文レビュー] Anomalously large ${\cal O}_8$ and long-distance chirality from $A_{ m CP}[D^0 o ( ho^0,\omega) \gamma](t)$

James Lyon, Roman Zwicky|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2012

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用数 15

ひとこと要約

この論文は、$D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ の衰えにおいて、大規模なCP非対称性が、長距離効果と新しい物理のクロモグネチック演算子 $\mathcal{O}_8$ 間の干渉によって生じることを提案している。$\text{Im}[C_8^\text{NP}] \simeq 0.4 \cdot 10^{-2}$ の場合、直接CP違反が数パーセントレベルで発現し、標準模型（SM）の推定値を2桁以上上回る。この効果は $\mathcal{O}_8$ の大きな強い位相によって駆動されており、$\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ の役割はモデルに依存する放射修正に依存する。

ABSTRACT

A large CP-asymmetry $\Delta A_{ m CP}$ has been reported in the $D^0 o \pi^+\pi^-/K^+K^-$ system. At present it remains unclear whether this is due to incalculable strong interaction matrix elements or genuine new physics (NP). Amongst the latter a new weak phase in the chromomagnetic operator ${\cal O}_8$ has emerged as a promising candidate. Extending earlier ideas we show that the interference of long-distance (LD) terms with the ${\cal O}_8$ matrix element, which has a large strong phase, gives rise to direct CP-violation at the level of a few percent in $D^0 o ( ho^0,\omega) \gamma$ and $D^+_{(d,s)} o ( ho^+,K^{*+}) \gamma$ for reference values $ { m Im}[C_8^{NP}] \simeq 0.4 \cdot 10^{-2}$. This is two orders of magnitude above a Standard Model (SM) estimate. The contribution of $ { m Im}[C_7^{NP}]$, which is dependent on the model of NP, is governed by the LD strong phase which vanishes in the chiral limit at leading order. The question of whether this is significantly changed by radiative corrections is an open and interesting question that we discuss. Furthermore we point out that the relative size of left- and right-handed (photon polarisation)-LD amplitudes can be measured, in principle, through time-dependent CP (TDCP) asymmetries in the case where they are both sizeable which is supported by SM estimates. Thus determination of the latter provides interesting information on the LD-chirality independent of NP. We comment on the origin of the LD contribution, which we believe to be dominated by weak annihilation (WA), in the appendix.

研究の動機と目的

• $D^0 \to \pi^+\pi^-/K^+K^-$ 衰えで観測された異常な大きなCP非対称性 $\Delta A_{\text{CP}}$ を説明すること。
• この非対称性が、強い相互作用の効果ではなく、新しい物理、特にクロモグネチック演算子 $\mathcal{O}_8$ の新しい弱い位相に起因するかどうかを調査すること。
• 長距離（LD）寄与、特に弱い消失過程が、測定可能なCP非対称性およびヘリシティに敏感な効果を生成する役割を調査すること。
• 時間に依存するCP非対称性を用いて、左巻きおよび右巻きの光子偏光振幅の相対的寄与を測定する可能性を評価すること。
• 放射修正が $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 寄与に与える影響を評価すること。これはヘリシティ極限に敏感である。

提案手法

• 短距離および長距離寄与の和として $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ の崩壊振幅をモデル化し、$\mathcal{O}_8$ とLD項の干渉を扱う。
• $\mathcal{O}_8$ 行列要素における大きな強い位相を用いて、直接CP非対称性を強化し、観測可能な非対称性を生じさせる。
• 時間に依存するCP非対称性を分析して、左巻きおよび右巻きの光子偏光振幅の相対的寄与を抽出する。
• ヘリシティ極限における $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 寄与を評価し、その一次の強い位相が消えるため抑制されることを検討する。
• 放射修正の下での $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 寄与の安定性を評価し、その大きさが変化する可能性を検討する。
• 標準模型の推定とモデルの一貫性に基づき、弱い消失が長距離寄与の主な源であると特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された大きなCP非対称性 $D^0 \to \pi^+\pi^-/K^+K^-$ は、クロモグネチック演算子 $\mathcal{O}_8$ の新しい弱い位相によって説明可能か？
• RQ2 $\mathcal{O}_8$ と長距離振幅の干渉が、$D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ における直接CP非対称性をどの程度生成するか？
• RQ3 放射修正は $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 寄与にどのような影響を及ぼすか、特にヘリシティ極限において。
• RQ4 時間に依存するCP非対称性を用いて、$D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ における左巻きおよび右巻きの光子偏光振幅の相対的大きさを測定可能か？
• RQ5 長距離寄与の起源は何か？弱い消失が主なメカニズムであるか？

主な発見

• 長距離振幅と $\mathcal{O}_8$ 行列要素の干渉により、$\text{Im}[C_8^{\text{NP}}] \simeq 0.4 \cdot 10^{-2}$ の場合、$D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ で直接CP非対称性が数パーセントレベルで生成され、標準模型の推定値を2桁以上上回る。
• $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 寄与は、ヘリシティ極限で一次の強い位相が消えるため抑制されるが、放射修正によってその大きさが変化する可能性がある。
• 時間に依存するCP非対称性は、原則として左巻きおよび右巻きの光子偏光振幅の相対的大きさを測定可能であり、新しい物理に依存しない長距離ヘリシティの情報を提供する。
• 長距離寄与は、標準模型の推定とモデルの一貫性に基づき、弱い消失によって支配されている可能性が高い。
• $\mathcal{O}_8$ の大きな強い位相は、観測可能なCP非対称性を生成するために不可欠であり、このメカニズムの重要な要因である。
• $\mathcal{O}_8$-LD 干渉のモデルに依存しない性質により、特定の新しい物理モデルの詳細に依存せず、CP非対称性の予測が堅牢に可能である。