[论文解读] 3- and 4-Body Final States in B, D and tau Decays about Features of New Dynamics with CPT Invariance or "Achaeans outside Troy"

I. I. Bigi|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用 10

一句话总结

本文研究 B、D 和 τ 介子衰变中的三体和四体末态，利用 CP 和 CPT 不变性、夸克-强子对偶性以及味对称性，探测标准模型之外的新动力学。强调在包括标准模型与新动力学振幅之间干涉的稀有衰变中，CP 不对称性对新物理具有高灵敏度，且 CPT 不变性在 D 和 τ 衰变中建立了关键关联，为间接探测暗物质和新动力学提供了重要途径。

ABSTRACT

The 'landscape' of fundamental dynamics has changed even for the 'known' matter. The Standard Model has produced at least the leading source of CP violation (CPV) in B decays; the data have not shown CP asymmetries in $D$ transitions. It needs more data and better technologies to understand the underlying forces. Probing three- and four-body final states in $B$ & $D$ & $τ$ decays with better accuracy is crucial about the existence and the features of New Dynamics. Theoretical tools produced about MEP will show even more about HEP in the future. We have to work on the {\em correlations} between different final states on several CKM levels and the connection between known matter and Dark Matter in indirect ways. CPT invariance is usable in $D$ and $τ$ decays.

研究动机与目标

• 识别 B、D 和 τ 衰变中三体和四体末态的新的动力学（ND）信号。
• 利用 CP 和 CPT 不变性作为探测新物理的工具，尤其在标准模型预测 CP 破坏极小的 D 和 τ 衰变中。
• 提高味物理的理论和实验精度，以区分标准模型贡献与新动力学。
• 利用全局对称性（SU(3)fl、同位旋、手征对称性）在末态之间建立关联，以约束非微扰 QCD 效应。
• 评估 penguin 图和最终态相互作用（FSI）在稀有衰变中的作用，特别是 B_s → K⁻π⁺ 与 B_d → K⁺π⁻ 的比较。

提出的方法

• 利用三体和四体衰变中的 CP 不对称性测量作为探测新物理的手段，依赖于标准模型与新动力学振幅之间的干涉。
• 应用 CPT 不变性关联 D⁺ → 3π 与 D⁺ → πK̄K 的衰变率，以及 τ⁻ → νK̄⁻π⁰ 与 τ⁻ → νK̄⁰π⁻ 的衰变率，从而实现对新动力学的间接约束。
• 采用夸克-强子对偶性和有效场论，将包含衰变率与稀有衰变率联系起来，尤其适用于 penguin 主导的过程。
• 利用味对称性技术（U-和 V-自旋、同位旋）关联不同末态的衰变率，并将对称性破坏量作为探测新物理的指标。
• 通过再散射效应和共振贡献分析最终态相互作用（FSI），尤其关注 B_s → K⁻π⁺ 和 B_d → K⁺π⁻ 衰变。
• 引入高阶 CKM 矩阵参数化（最高至 O(λ⁶)）以优化预测，并检验味改变过程中的偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 B、D 和 τ 衰变的三体和四体末态中的 CP 不对称性能否揭示标准模型之外的新动力学？
• RQ2 当直接 CP 破坏较小时，CPT 不变性如何用于约束或探测 D 和 τ 衰变中的新物理？
• RQ3 最终态相互作用和再散射在稀有强子衰变中起什么作用？它们如何影响 CP 不对称性测量？
• RQ4 稀有衰变中 U-和 V-自旋破坏与包含衰变中的破坏相比如何？它们揭示了关于非微扰 QCD 和新动力学的哪些信息？
• RQ5 B_s → K⁻π⁺ 与 B_d → K⁺π⁻ 的相对衰变率对新物理或共振效应提供了什么启示？

主要发现

• 三体和四体衰变中的 CP 不对称性对新动力学具有高灵敏度，仅需标准模型与新动力学振幅之间的一次干涉即可实现。
• CPT 不变性在 D 和 τ 衰变中建立了关键的衰变率关联——例如 D⁺ → 3π 与 D⁺ → πK̄K 的比较——为间接探测新物理提供了重要手段。
• 稀有衰变率对最终态相互作用和再散射极为敏感，尽管这些效应难以精确计算，但对准确预测 CP 不对称性至关重要。
• B_s → K⁻π⁺ 与 B_d → K⁺π⁻ 的相对衰变率在两到三倍范围内，暗示可能存在超出标准 QCD 预期的新物理效应或共振贡献。
• 粲夸克衰变（D）中的 penguin 图受非微扰 QCD 效应主导（因 m_d, m_s ≪ m_c），若发现与标准模型预测的偏差，则对新动力学极为敏感。
• LHCb 对 B⁰(s) → K_S h⁺h′⁻（h = π, K）的测量揭示了复杂的三体末态结构，表明再散射和 CKM 抑制振幅中可能隐藏新物理的信号。