[论文解读] Anomalously large ${\cal O}_8$ and long-distance chirality from $A_{ m CP}[D^0 o ( ho^0,\omega) \gamma](t)$

James Lyon, Roman Zwicky|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2012

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions参考文献 1被引用 15

一句话总结

该论文提出，在 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ 衰变中，大 CP 不对称性源于长程幅值与一种新物理胶磁算符 $\mathcal{O}_8$ 之间的干涉，后者在 $\text{Im}[C_8^{\text{NP}}] \simeq 0.4 \cdot 10^{-2}$ 时诱导出约百分之几水平的直接 CP 破坏，其大小比标准模型估计高出两个数量级。该效应由 $\mathcal{O}_8$ 中的较大强相位驱动，而 $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 的作用则取决于特定模型的辐射修正。

ABSTRACT

A large CP-asymmetry $\Delta A_{ m CP}$ has been reported in the $D^0 o \pi^+\pi^-/K^+K^-$ system. At present it remains unclear whether this is due to incalculable strong interaction matrix elements or genuine new physics (NP). Amongst the latter a new weak phase in the chromomagnetic operator ${\cal O}_8$ has emerged as a promising candidate. Extending earlier ideas we show that the interference of long-distance (LD) terms with the ${\cal O}_8$ matrix element, which has a large strong phase, gives rise to direct CP-violation at the level of a few percent in $D^0 o ( ho^0,\omega) \gamma$ and $D^+_{(d,s)} o ( ho^+,K^{*+}) \gamma$ for reference values $ { m Im}[C_8^{NP}] \simeq 0.4 \cdot 10^{-2}$. This is two orders of magnitude above a Standard Model (SM) estimate. The contribution of $ { m Im}[C_7^{NP}]$, which is dependent on the model of NP, is governed by the LD strong phase which vanishes in the chiral limit at leading order. The question of whether this is significantly changed by radiative corrections is an open and interesting question that we discuss. Furthermore we point out that the relative size of left- and right-handed (photon polarisation)-LD amplitudes can be measured, in principle, through time-dependent CP (TDCP) asymmetries in the case where they are both sizeable which is supported by SM estimates. Thus determination of the latter provides interesting information on the LD-chirality independent of NP. We comment on the origin of the LD contribution, which we believe to be dominated by weak annihilation (WA), in the appendix.

研究动机与目标

• 解释在 $D^0 \to \pi^+\pi^-/K^+K^-$ 衰变中观测到的异常大 CP 不对称性 $\Delta A_{\text{CP}}$。
• 研究该不对称性是否源于新物理，特别是胶磁算符 $\mathcal{O}_8$ 中的新弱相位，而非强相互作用效应。
• 探讨长程（LD）贡献，特别是弱湮灭过程，在产生可观测 CP 破坏和手征性敏感效应中的作用。
• 评估通过时间依赖 CP 不对称性测量左右手性光子极化幅值相对大小的潜力。
• 考察辐射修正对 $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 贡献的影响，该贡献对手征极限敏感。

提出的方法

• 将衰变幅值 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ 建模为短程与长程贡献之和，并考虑 $\mathcal{O}_8$ 与 LD 项之间的干涉。
• 利用 $\mathcal{O}_8$ 矩阵元中的大强相位增强直接 CP 破坏，从而产生可观测的不对称性。
• 分析时间依赖 CP 不对称性，以提取左右手性光子极化幅值的相对贡献。
• 在手征极限下评估 $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 的贡献，此时其一阶强相位消失。
• 评估 $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 贡献在辐射修正下的稳定性，这些修正可能改变其大小。
• 基于标准模型估计和模型一致性，将弱湮灭识别为长程贡献的主要来源。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的 $D^0 \to \pi^+\pi^-/K^+K^-$ 中大 CP 不对称性能否由胶磁算符 $\mathcal{O}_8$ 中的新弱相位解释？
• RQ2 $\mathcal{O}_8$ 与长程幅值之间的干涉在 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ 中在多大程度上产生直接 CP 破坏？
• RQ3 辐射修正确如何影响 $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 贡献，特别是在手征极限下？
• RQ4 能否利用 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ 中的时间依赖 CP 不对称性来测量左右手性光子极化幅值的相对大小？
• RQ5 长程贡献的来源是什么？弱湮灭是否是主导机制？

主要发现

• 在 $\text{Im}[C_8^{\text{NP}}] \simeq 0.4 \cdot 10^{-2}$ 时，$\mathcal{O}_8$ 矩阵元与长程幅值之间的干涉在 $D^0 \to (\rho^0,\omega)\gamma$ 中产生约百分之几水平的直接 CP 破坏，其大小比标准模型估计高出两个数量级。
• $\text{Im}[C_7^{\text{NP}}]$ 贡献在手征极限下因强相位消失而被抑制，但其大小可能受辐射修正影响。
• 原则上，时间依赖 CP 不对称性可用于测量左右手性光子极化幅值的相对大小，从而提供与新物理无关的长程手征性信息。
• 长程贡献极有可能由弱湮灭主导，该结论得到标准模型估计和模型一致性的支持。
• $\mathcal{O}_8$ 中的大强相位对于产生可观测的 CP 破坏至关重要，是该机制的关键因素。
• $\mathcal{O}_8$-LD 干涉的模型无关性使得 CP 不对称性的预测具有鲁棒性，无需依赖新物理的具体模型细节。