[論文レビュー] Searching for new physics with Bs0→K(⁎)0K¯(⁎)0 — A reappraisal

Bhubanjyoti Bhattacharya, Alakabha Datta+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 20被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、Ciuchini、Pierini、Silvestriniが提唱した手法が、B_s^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 衰えから有効なCP対称性破れ位相 2β_s^eff を抽出する際の理論的不確実性を低減する方法を再評価する。理論的誤差が小さくなる（2–3°）のは、B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 における直接的および間接的CP不変性の測定値 C_d² + S_d² ≲ 0.4–0.5 を満たす場合に限られ、そうでない場合には誤差が最大で14.9°に達する可能性がある。これは、SU(3)対称性の破れ効果を実験的に決定する必要があることを示している。

ABSTRACT

Abstract The effective phase 2 β s eff can be extracted from the indirect CP-violating asymmetry in B s 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 . In the standard model, 2 β s eff is expected to vanish, and so its measurement can potentially reveal the presence of new physics. However, there is a theoretical error if the second amplitude, V u b ⁎ V u s P u c ′ , is non-negligible. Ciuchini, Pierini and Silvestrini (CPS) have suggested measuring P u c in B d 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 , and relating it to P u c ′ using SU(3). For their choice of C d and S d , the direct and indirect CP asymmetries in B d 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 , they find that the error on 2 β s eff is very small, even allowing for 100% SU(3) breaking. In this Letter, we re-examine the CPS method, allowing for a large range of the B d , s 0 → K ( ⁎ ) 0 K ¯ ( ⁎ ) 0 observables. We find that, if C d 2 + S d 2 is measured to be ≲ 0.4 – 0.5 , the theoretical error on 2 β s eff is indeed small, 2–3°. However, for other values of these observables, this error can be quite large, up to 14.9°. This problem can be ameliorated if the values of SU(3) breaking were known, and we discuss different experimental ways of determining this quantity.

研究の動機と目的

• CPS手法を用いて、B_s^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 衰えから有効CP対称性破れ位相 2β_s^eff を抽出する際の理論的不確実性を再評価すること。
• B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 衰えにおける直接的および間接的CP不変性（C_d および S_d）の変動に、2β_s^eff の不確実性がどれほど敏感であるかを評価すること。
• 2β_s^eff の理論的誤差が小さい（2–3°）状態と、大きな（最大14.9°）状態に分かれる条件を特定すること。
• SU(3)対称性の破れ効果の知識が、2β_s^eff の理論的不確実性をどのように低減できるかを検討すること。
• B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 系においてSU(3)対称性の破れを制約するのに役立つ実験的観測量を同定すること。

提案手法

• B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 衰えにおける直接的および間接的CP不変性（C_d および S_d）の可能性のある値の範囲を広く取り入れ、CPS手法を再分析すること。
• SU(3)フレーバー対称性を用いて、B_s^0 衰えにおけるプルーファー振幅 P_u' を、B_d^0 衰えにおける対応する振幅 P_u と関連付けること。
• SU(3)対称性の破れ効果が完全に把握されていないと仮定し、C_d² + S_d² の関数として 2β_s^eff の理論的不確実性を定量化すること。
• SU(3)対称性の破れの大きさ（最大100%まで）が不確実性に与える感度を評価すること。
• C_d および S_d の実験的測定を、SU(3)対称性の破れを制約し、理論的誤差を低減する手段として提案すること。
• C_d² + S_d² の測定値を、2β_s^eff の理論的誤差が許容可能な範囲に保たれるかどうかを判断するための主要な入力として使用すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 衰えにおける C_d および S_d の値に、2β_s^eff の理論的不確実性はどのように依存するか？
• RQ2 CPS手法が 2β_s^eff に対して小さい理論的誤差（2–3°）をもたらす条件は何か？
• RQ3 C_d² + S_d² が 0.4–0.5 の閾値を超える場合、2β_s^eff の理論的不確実性の最大値は何か？
• RQ4 B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 衰えの観測量の実験的測定は、2β_s^eff の理論的不確実性をどのように低減できるか？
• RQ5 SU(3)対称性の破れ効果は、2β_s^eff の抽出精度をどの程度制限しており、どのように制約できるか？

主な発見

• 2β_s^eff の理論的不確実性が小さい（2–3°）のは、C_d² + S_d² ≲ 0.4–0.5 である場合に限られ、これは B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 衰えにおける直接的および間接的CP不変性の特定の範囲に対応する。
• C_d² + S_d² がこの閾値を超えると、2β_s^eff の理論的誤差は顕著に増大し、最大で14.9°に達する可能性がある。
• 理論的不確実性の大きさは、B_d^0 系におけるCP不変性パラメータ C_d および S_d の大きさに強く依存する。
• SU(3)対称性の破れ効果の知識は極めて重要である。実験的にこれらの効果が判明すれば、2β_s^eff の不確実性は顕著に低減できる。
• B_d^0 → K^(⁎)0 K̄^(⁎}0 衰えにおける C_d および S_d の実験的測定は、SU(3)対称性の破れを制約し、2β_s^eff の精度を向上させる実現可能な道筋を提供する。
• B_d^0 衰えの観測量が十分な精度で測定され、C_d² + S_d² が好ましい範囲内に保たれる限り、CPS手法は新しい物理の探索に有効に残る。