[論文レビュー] On the Other Five KM Triangles

I. I. Bigi, A. I. Sanda|ArXiv.org|Sep 22, 1999

Robotic Mechanisms and Dynamics被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、標準模型のCKMユニタリティ三角形を越えてCP対称性の破れの研究を拡張する手法を提案している。CP対称性の破れを記述する高次の相関を含む、追加の5つのKM三角形を同定した。これらの三角形は、𝒪(λ²)および𝒪(λ⁴)効果に敏感であり、クリーンなB_s → ψη、ψφ崩壊およびカビボ抑制されたD崩壊を通じて調べられ、CKMフレームワークの精密なテストや、CP非対称性の増幅によって新しい物理の兆候を示す可能性を秘めている。

ABSTRACT

A comprehensive program of \cp~studies in heavy flavour decays has to go beyond observing large \cp asymmetries in nonleptonic B decays and finding that the sum of the three angles of the KM triangle is consistent with 180$^{\circ}$. There are many more correlations between observables encoded in the KM matrix; those can be expressed through five KM triangles in addition to the one usually considered. To test the completeness of the KM description one has to obtain a highly overconstrained data set sensitive to ${\cal O}(λ^2)$ effects with $λ= \sin θ_C$. Those fall into two categories: (i) Certain large angles agree to leading order only, yet differ in order $λ^2$ in a characteristic way. (ii) Two observables angles are - for reasons specific to the KM ansatz - ${\cal O}(λ^2)$ and ${\cal O}(λ^4)$ thus generating an asymmetry of a few percent and of about 0.1 %, respectively. The former can be measured in $B_s o ψη, ψϕ$ {\em without} hadronic uncertainty, the latter in Cabibbo suppressed D decays. The intervention of New Physics could boost these effects by an order of magnitude. A special case is provided by $D^+ o K_{S,L}π^+$ vs. $D^- o K_{S,L}π^-$. Finally, \cp~asymmetries involving $D^0 - \bar D^0$ oscillations could reach observable levels only due to New Physics.

研究の動機と目的

• 重いフラバー粒子崩壊におけるCP対称性の破れの研究を、標準的なCKMユニタリティ三角形を超えて拡張すること。
• 高次のCP対称性の破れ相関を記述する5つの追加のKM三角形を同定し、それらを分析すること。
• 𝒪(λ²)および𝒪(λ⁴)効果の過剰制約測定を通じて、CKM行列記述の完全性を検証すること。
• これらの高次相関をテストするためのクリーンな実験的プローブ（特にB_s → ψη、ψφおよびカビボ抑制されたD崩壊）を同定すること。
• 新しい物理が、標準模型の予測を超えて、これらの観測量におけるCP非対称性をどれほど増幅させ得るかを評価すること。

提案手法

• 標準の三角形とは別に、CKM行列のユニタリティ条件から導かれる5つの追加のKM三角形を同定する。
• CKM行列における𝒪(λ²)および𝒪(λ⁴)補正に起因するCP非対称性を分析する。ここでλ = sinθ_Cである。
• B_s → ψηおよびB_s → ψφ崩壊を、ハドロン的不確実性のない𝒪(λ²)効果のクリーンなプローブとして提案する。
• カビボ抑制されたD崩壊を、𝒪(λ⁴)効果のプローブとして検討し、非対称性は約0.1%程度になると予想される。
• 新しい物理がこれらの非対称性に与える影響を評価し、最大で1桁の増幅が可能であることを示す。
• D^+ → K_S,Lπ^+ と D^- → K_S,Lπ^- の場合を特別なケースとして検討し、標準模型ではCP非対称性がゼロであるが、新しい物理が存在すれば非ゼロとなる可能性がある。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準のユニタリティ三角形を超えて、高次のCP対称性の破れ相関を記述する5つの追加のKM三角形とは何か？
• RQ2 理論的不確実性を最小限に抑えて、CKM行列における𝒪(λ²)および𝒪(λ⁴)効果をどのように実験的に調べられるか？
• RQ3 B_s → ψηおよびB_s → ψφ崩壊における観測可能なCP非対称性は何か？それらはCKMフレームワークをどのようにテストするか？
• RQ4 カビボ抑制されたD崩壊は、測定可能な非対称性を伴う𝒪(λ⁴) CP対称性の破れ効果をクリーンにプローブできるか？
• RQ5 新しい物理が、これらの観測量におけるCP非対称性をどれほど増幅させ得るか？また、その増幅はどのように検出可能か？

主な発見

• 標準のユニタリティ三角形では捉えきれない高次のCP対称性の破れ相関を記述する5つの追加のKM三角形が同定された。
• B_s → ψηおよびB_s → ψφ崩壊におけるCP非対称性は、𝒪(λ²)効果に敏感であり、ハドロン的不確実性なしに測定可能である。
• カビボ抑制されたD崩壊は、𝒪(λ⁴)効果のプローブとなり、期待されるCP非対称性は約0.1%のレベルにある。
• D^+ → K_S,Lπ^+ 対 D^- → K_S,Lπ^- 崩壊モードは、標準模型ではCP非対称性がゼロであるが、そのため新しい物理の存在に非常に感受しやすい。
• 新しい物理が、これらのチャネルにおけるCP非対称性を最大で1桁の増幅させ得るため、標準模型を超える物理の発見に有望である。
• D^0 - D̄^0 遷移を含むCP非対称性は、新しい物理が存在しない限り、観測可能なレベルに達しないことが示され、新規の寄与に対する感受性が顕著である。