[論文レビュー] Effects of Final-state Interactions on Mixing-induced CP Violation in Penguin-dominated B Decays

HY Cheng, CK Chua+1 more|CERN Bulletin|Feb 25, 2005

Atomic and Subatomic Physics Research被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、プンギン支配のB崩壊における最終状態相互作用（FSIs）を調査し、特に混合誘発および直接CP対称性破れに与える影響を検討する。QCDファクタライゼーションと散乱モデルを用いて、FSI効果は一般的に小さい（1–2%）が、ωK_Sおよびρ⁰K_SモードにおけるCP非対称性に顕著な影響を与えることが判明した。具体的には、A_ωK_S ≈ -0.13およびA_ρ⁰K_S ≈ 0.47を予測し、複数のモードでbranching ratioを増大させ、直接CP非対称性の符号を反転させる。これらの効果により、特にη′K_SおよびφK_Sモードにおいて、理論的予測と実験的偏差の一致が図られ、ニューフィジックス探索に適した理論的にクリーンなモードとなる。

ABSTRACT

Motivated by the recent indications of the possibility of sizable deviations of the mixing-induced CP violation parameter, $S_f$, in the penguin-dominated $b o sq\bar q$ transition decays such as $B^0 o (ϕ,ω,ρ^0,η',η,π^0,f_0)K_S$ from $\sin 2β$ determined from $B o J/ψK_S$, we study final-state rescattering effects on their decay rates and CP violation. Recent observations of large direct CP asymmetry in modes such as $B^0 o K^+π^-,ρ^-π^+$ means that final state phases in 2-body B decays may not be small. It is therefore important to examine these long-distance effects on penguin-dominated decays. Such long-distance effects on $S_f$ are found to be generally small [i.e. ${\cal O}(1-2%)$] or negligible except for the $ωK_S$ and $ρ^0K_S$ modes where $S_f$ is lowered by around 15% for the former and increased by the same percentage for the latter. However, final-state rescattering can enhance the $ωK_S, ϕK_S, η'K_S, ρ^0K_S$ and $π^0K_S$ rates significantly and flip the signs of direct CP asymmetries of the last two modes. Direct CP asymmetries in $ωK_S$ and $ρ^0K_S$ channels are predicted to be $\A_{ωK_S}\approx -0.13$ and $\A_{ρ^0K_S}\approx 0.47$, respectively. However, direct CP asymmetry in all the other $b o s$ penguin dominated modes that we study is found to be rather small (a few percents), rendering these modes a viable place to search for the CP-odd phases beyond the standard model.

研究の動機と目的

• 最終状態の散乱がプンギン支配のB崩壊において、標準模型（SM）予測から逸脱する混合誘発CP対称性破れを説明できるかを評価すること。
• 特に中間状態のcharm状態に起因する長距離効果が、QCDF予測と実験データの間の不一致を説明できるかを特定すること。B⁰ → (φ, ω, ρ⁰, η′, η, π⁰, f₀)K_S崩壊において。
• FSIによるS_fおよびA_fの理論的不確実性を評価し、ニューフィジックス感受性を高めるためにこれらの不確実性が最小限に抑えるモードを同定すること。
• 今後の高精度測定の文脈において、混合誘発CP対称性破れ（S_f）と直接CP対称性破れ（A_f）の相互作用を明確にすること。

提案手法

• 短距離寄与をQCDファクタライゼーションを用いて計算し、B⁰ → (φ, ω, ρ⁰, η′, η, π⁰, f₀)K_S崩壊における弱消滅およびプンギン振幅を含む。
• ユニタリティおよび有効場理論的手法を用いて、中間状態のcharm共鳴状態（例：D̄D̄, D̄D）を介した最終状態散乱効果を組み込む。
• 振幅干渉によるCP非対称性パrameter S_fおよびA_fを計算するため、λ_f = (q_B/p_B) × [A(B⁰ → f)/A(B̄⁰ → f)] の関係を用いる。
• CP固有値η_fおよび振幅の複素位相構造を扱い、FSIが直接CP非対称性の符号を反転させることをモデル化する。
• BaBarおよびBelleの実験的平均値と照らし合わせ、S_fおよびA_fの理論的予測を比較する。特にΔS_f = −η_f S_f − S_{J/ψK_S}およびA_fに注目する。
• S_fおよびA_fにおける理論的不確実性の相関、特に長距離散乱の存在下での関係を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最終状態散乱は、プンギン支配のB⁰ → fK_S崩壊におけるS_fのsin 2βからの観測された逸脱をどの程度説明できるか？
• RQ2 なぜωK_Sおよびρ⁰K_Sモードにおける直接CP非対称性は大きく予測される（A_ωK_S ≈ -0.13, A_ρ⁰K_S ≈ 0.47）のに対し、他のモードでは小さいのか？
• RQ3 FSI効果は、φK_S、η′K_S、およびπ⁰K_Sモードにおけるbranching ratioおよびCP非対称性にどのように影響を与えるか。特にη′K_Sにおける実験的緊張状態を踏まえて。
• RQ4 長距離効果は、ニューフィジックスを導入せずに、ωK_Sおよびρ⁰K_SにおけるQCDF予測と実験データの不一致を説明できるか？
• RQ5 S_fおよびA_fにおけるFSI由来の不確実性が最小限に抑えられるモードはどれか。これにより、ニューフィジックスの探査が理論的にクリーンとなる。

主な発見

• S_fにおける最終状態散乱効果は一般的に小さい（1–2%）が、ωK_Sモードでは約15%減少、ρ⁰K_Sモードでは約15%増加する。これにより理論的予測が実験データとより一致するようになる。
• 直接CP非対称性は、ωK_SモードでA_ωK_S ≈ -0.13、ρ⁰K_SモードでA_ρ⁰K_S ≈ 0.47と予測され、両者とも顕著で実験的に検証可能である。
• 最終状態散乱は、π⁰K_Sおよびη′K_Sモードにおける直接CP非対称性の符号を反転させ、これらのチャネルにおけるA_fの観測された不一致を説明する。
• S_fにおける理論的不確実性は、η′K_SおよびφK_Sモードで最小限に抑えられ、FSI効果が小さく、実験誤差も小さいため、ニューフィジックス探索に最も適したクリーンなモードである。
• f₀(980)K_Sモードでは、短距離予測でΔS_f / A_f ≈ 3.0が得られるが、現在のところFSI効果は信頼性を持って推定できない。
• その他のb→sプンギン支配モードでは、直接CP非対称性は小さい（数パーセント未満）まま維持され、これにより標準模型を超えるCP奇性位相の検出に有効であることが裏付けられる。