[論文レビュー] Delta I=1/2 Rule, epsilon'/epsilon and K -> pi nu nubar in Z'(Z) and G' Models with FCNC Quark Couplings

Andrzej J. Buras, Fulvia De Fazio+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 59被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、左対称のFCNC結合を持つ重い、フレーバー違反的Z′ゲージボソンが、K→ππ崩壊における∆I = 1/2則の標準模型予測の長年の不足を説明できることを提案する。M_Z′ ≈ 3–4 TeVのとき、樹形図FCNCによってQ6のQCDペニンギン演算子が強化されつつ、ReA2へのNP寄与が小さく保たれることで、ReA0の不足する30%を説明でき、同時にεK、ε′/ε、∆MKおよびLHCデータの制約を満たす。

ABSTRACT

The experimental value for the isospin amplitude Re(A_2) in K->pi pi decays has been successfully explained within the Standard Model, both within large N approach to QCD and by QCD lattice calculations. On the other hand in both approaches the theoretical values of Re(A_0) are by at least 30% below the data so that the Delta I=1/2 rule in K->pi pi decays is not fully explained. While this deficit could be the result of present theoretical uncertainties in both approaches, it cannot be excluded that the missing piece in Re(A_0) comes from New Physics. We demonstrate that this deficit can be significantly softened by tree-level FCNC transitions mediated by a heavy colourless Z' gauge boson with particularly chosen flavour violating couplings assuring negligible NP contributions to Re(A_2) and significantly enhancing the contribution of the leading QCD penguin operator Q_6 to Re(A_0). A large fraction of the missing piece in the Delta I=1/2 rule can be explained in this manner for M_{Z'} in the reach of the LHC, while satisfying constraints from epsilon_K, epsilon'/epsilon, Delta M_K, LEP-II and the LHC. We identify quartic correlation between Z' contributions to Re(A_0), epsilon'/epsilon, epsilon_K and Delta M_K. We present correlations between epsilon'/epsilon and rare decays K->pi nu bar{nu} with and without the Delta I=1/2 rule constraint and generalize the whole analysis to Z' with colour (G') and Z with FCNC couplings. In the latter case no improvement on Re(A_0) can be achieved without destroying the agreement of the SM with the data on Re(A_2). Moreover, this scenario is very tightly constrained by epsilon'/epsilon. On the other hand in the context of the Delta I=1/2 rule G' is even more effective than Z': it provides the missing piece in Re(A_0) for M_{G'}=(3.5-4.0) TeV.

研究の動機と目的

• K→ππ崩壊におけるReA0の理論的予測が実験値より約30%小さいという、長年の標準模型の欠落を解消すること。
• 重いZ′またはG′ボソンによる樹形図FCNCを通じたニューエイジスが、∆I = 1/2振幅の不足する強度を説明できるかどうかを調査すること。
• NP寄与がReA2およびεKに与える影響が実験データと整合的であり、間接的CP対称性破れと矛盾しないように保つこと。
• ε′/ε、K→πνν̄、および∆MKの制約を同時に満たすZ′およびG′モデルの有効なパラメータ領域を同定すること。
• 色荷を持つZ′および色荷を持つG′モデルの両方を一般化し、∆I = 1/2則を解消する上で両者の有効性を比較すること。

提案手法

• フレーバー違反的左対称結合∆sdL(Z′)と概ねユニバーサルな右対称結合∆qqR(Z′)を持つZ′モデルを提案し、樹形図でGIMを破る。
• 重いZ′スケールからQCDスケールまで有効ハミルトニアンをランゲージ群の解析で進化させる。
• 特にQ6が樹形図FCNCによって強化されることで、ReA0およびReA2への寄与をQCDペニンギン演算子を通じて計算する。
• εK、∆MK、ε′/ε、およびレアK崩壊（K+→π+νν̄、KL→π0νν̄）の制約を適用し、パラメータ空間を制限する。
• Z′結合や質量スケールを変化させた複数のシナリオ（A、B、プライム）における数値解析を実施する。
• G′モデルに一般化し、色荷を持つ場合、MG′ ≈ 3.5–4.0 TeVでReA0の不足をより効果的に解消できることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 樹形図FCNCを介する重いZ′ボソンが、ReA2やεKとの整合性を損なわず、ReA0の不足する30%を説明できるか？
• RQ2 ε′/ε、∆MK、およびLHC探索の制約を満たすZ′結合の有効なパラメータ領域は何か？
• RQ3 小さな右対称の∆sdR(Z′)結合が、∆MKおよびReA0との整合性に与える影響は何か？
• RQ4 色荷を持つG′モデルは、Z′モデルよりも∆I = 1/2則の解消においてより効果的か？
• RQ5 Z′がReA0、ε′/ε、εK、∆MKに与える寄与の相関関係は何か？ そして、これらはどのように実験的に検証できるか？

主な発見

• MZ′ ≈ 3–4 TeVで∆sdL(Z′) ≫ ∆sdR(Z′)であるZ′は、ReA0の不足する30%を説明でき、同時にReA2へのNP寄与は無視できるほど小さい。
• 右対称結合が小さく、微調整されている限り、εK、∆MK、およびLHCのジエット探索の制約を満たす。
• Z′によるReA0とε′/εへの寄与には強い相関があるため、|Vub|、|Vcb|、⟨Q6⟩0の精密測定が、モデルの検証に不可欠である。
• G′モデルはZ′モデルよりも効果的である：MG′ ≈ 3.5–4.0 TeVでReA0の不足を完全に解消できる。
• FCNCを伴うZボソンは、ReA2との整合性を損なわずにはReA0を改善できず、ε′/εの制約によってきびしく制限されている。
• モデルはε′/ε、K+→π+νν̄、KL→π0νν̄の間の相関関係を予測しており、より精密なSM入力と今後の高精度測定によって検証可能である。