[論文レビュー] Theoretical perspective on rare and radiative charm decays

Svjetlana Fajfer|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2015

Neutrino Physics Research参考文献 5被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、標準模型およびその先の枠組みにおいて、希少で放射性の charm 崩壊をレビューし、特に $c \to u\gamma$ および $c \to ul^{+}l^{-}$ 遷移に注目する。包含的および排他的崩壊モードを分析し、長距離寄与が支配的であると特定し、CP 違反およびニューサイエンス信号を評価する——特に $D^{+} \to \pi^{+}\mu^{+}\mu^{-}$ および $D \to X_u\ell^{+}\ell^{-}$ において、特定のシナリオ下で NP 効果が 1–3% のレベルに達する可能性がある。

ABSTRACT

Recent experimental bounds on rare charm decays offer a chance to improve our theoretical understanding of physics present in $c o u γ$ and $c o u l^+ l^-$ transitions. Standard Model and New Physics contributions are reviewed for inclusive and exclusive $D o Vγ$, $D^+ o π^+ l^+ l^-$, $D o l^+ l^-$ decays. Observables important for search of New Physics are discussed. Possibility to observe CP violation in rare charm decays is questioned.

研究の動機と目的

• 希少 charm 崩壊におけるニューサイエンス（NP）の可能性を評価すること、特に $c \to u\gamma$ および $c \to ul^{+}l^{-}$ 遷移に注目すること。
• 長距離ダイナミクスが希少 charm 崩壊において短距離寄与を上回る役割を果たすかどうかを評価すること。
• 特に $D^{+} \to \pi^{+}\mu^{+}\mu^{-}$ の $\phi$ 共鳴域において、希少 charm 崩壊における CP 違反の観測可能性を調査すること。
• 微分および部分幅の CP 違反対称性といった、モデルに依存しない観測量を提供すること。
• LHCb が得た $D \to \mu^{+}\mu^{-}$ および $D^{+} \to \pi^{+}\mu^{+}\mu^{-}$ の実験的制約を用いて、ウィルソン係数に由来する有効な NP を制約すること。

提案手法

• $c \to u\gamma$ および $c \to ul^{+}l^{-}$ 遷移を記述するため、ウィルソン係数 $C_7$、$C_9$、$C_{10}$ を用いた有効な低エネルギーラグランジュアンを用いる。
• QCD 和則およびベクトルメソン支配を用いて、排他的 $D \to V\gamma$ 崩壊をモデル化し、分岐比を予測する。
• モデルに依存しないプローブとして、微分直接 CP 違反対称性 $a_{\mathrm{CP}}(\sqrt{q^2})$ および部分幅 CP 違反対称性 $A_{\mathrm{CP}}(m_1,m_2)$ を導入する。
• 特に $\phi$ 共鳴域近辺で、$\mathcal{H}^s$ の非因子化四クォーク演算子を用いて長距離寄与を評価する。
• 電磁デュポールおよび前後方向の二重子対称性に敏感な、$C_9$ および $C_{10}$ の NP 効果を評価する。
• LHCb の実験的制約を用いて、有効なウィルソン係数を制約し、$D \to K^+K^-\gamma$、$D^{+} \to \pi^{+}\mu^{+}\mu^{-}$、および $D \to X_u\ell^{+}\ell^{-}$ における NP の到達可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 希少 charm 崩壊、例えば $D \to X_u\ell^{+}\ell^{-}$ や $D^{+} \to \pi^{+}\mu^{+}\mu^{-}$ において、ニューサイエンスが検出可能か？
• RQ2 長距離効果が希少 charm 崩壊において、短距離寄与をどれほど上回るか？
• RQ3 特に $\phi$ 共鳴域において、$D \to P\ell^{+}\ell^{-}$ 崩壊における CP 違反は観測可能か？
• RQ4 希少 charm 崩壊におけるニューサイエンスを探査するためのモデルに依存しない観測量は何か？
• RQ5 $D^0$-$\overline{D}^0$ 結合および B/K 物理からの制約が、charm 崩壊における NP 耦合にどのように影響するか？

主な発見

• 長距離寄与が希少 charm 崩壊を支配しており、$BR(D \to X_u e^+e^-)^{LD} \sim \mathcal{O}(10^{-6})$ であり、標準模型の短距離率 $3.7 \times 10^{-9}$ を上回る。
• $D^0 \to \overline{K}^{*0}\gamma$ の分岐比は予測で $1.5 \times 10^{-4}$ であり、LHCb の実験的値 $3.27(34) \times 10^{-4}$ と整合的である。
• $D^{+} \to \pi^{+}\mu^{+}\mu^{-}$ において、CP 保存および CP 違反の振幅の干渉により、$\phi$ 共鳴域近辺で微分 CP 違反対称性 $a_{\mathrm{CP}}$ が最大で 1% に達する。
• 部分幅 CP 違反対称性 $A_{\mathrm{CP}}$ は $\phi$ 共鳴域領域で数パーセントに達し、NP の感受性の高いプローブとなる。
• $Z'$ 増幅および超対称的シナリオ下で、$C_9$ および $C_{10}$ がフレーバー制約と整合的であれば、$D^0 \to h_1 h_2 \ell^{+}\ell^{-}$ における NP 効果は $\sim 1\%$ のレベルに達する可能性がある。
• LHCb が得た $D \to \mu^{+}\mu^{-}$ および $D^{+} \to \pi^{+}\mu^{+}\mu^{-}$ の実験的制約により、有効なウィルソン係数が制約され、$D \to K^+K^-\gamma$ および $D \to X_u\ell^{+}\ell^{-}$ における NP の兆候が示唆される。