[论文解读] Can FCNC transition $c o ul^+l^-$ be seen in $D o Vl^+l^-$ decays?

Saša Prelovšek, Svjetlana Fajfer+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 1998

Particle physics theoretical and experimental studies被引用 6

一句话总结

本文研究了味改变中性流（FCNC）$c \to u\ell^+\ell^-$跃迁——对新物理敏感——是否可在$D \to V\ell^+\ell^-$衰变中观测到。在标准模型中，短程FCNC贡献比长程效应小三个数量级，因此在Cabibbo抑制衰变中不可探测；然而，分支比远高于$10^{-7}$可能表明存在新物理。

ABSTRACT

The decays $D o Vl^+l^-$ present in principle the opportunity to observe the short distance FCNC transition $c o ul^+l^-$, which is sensitive to the physics beyond the Standard Model. We analyze the $D o V l^+ l^- $ decays within the Standard Model, where in addition to the short distance dynamics also the long distance dynamics is present. The short distance contribution due to $c o ul^+l^-$ transition, which is present only in the Cabibbo suppressed decays, is found to be three orders of magnitude smaller than the long distance contribution. The branching ratios well above $10^{-7}$ for Cabibbo suppressed decays could signal new physics. The most frequent decays are the Cabibbo allowed decays $D_s^+ oρ^+μ^+μ^-$ and $D^0 o\bar K^{*0}μ^+μ^-$, which are expected at the branching ratios of $3\cdot 10^{-5}$ and $1.7\cdot 10^{-6}$, respectively. These rates are not much lower than the present experimental upper limit.

研究动机与目标

• 评估在$D \to V\ell^+\ell^-$衰变中观测味改变中性流（FCNC）$c \to u\ell^+\ell^-$跃迁的可行性。
• 区分这些衰变中短程（SD）FCNC贡献与长程（LD）贡献。
• 确定在Cabibbo抑制的$D \to V\ell^+\ell^-$衰变中，分支比是否高于$10^{-7}$可能表明标准模型之外的新物理。
• 为关键$D \to V\ell^+\ell^-$模式的分支比提供理论预测，以便与实验限制进行比较。

提出的方法

• 在标准模型框架内分析$D \to V\ell^+\ell^-$衰变，包括短程和长程动力学。
• 通过虚$W^\pm$和$Z^0$交换，使用有效哈密顿量技术评估$c \to u\ell^+\ell^-$跃迁的短程振幅。
• 计算Cabibbo抑制和Cabibbo允许模式的分支比，包括短程与长程贡献的干涉。
• 利用实验上界设定FCNC信号可探测性的限制。
• 将预测的分支比与当前实验约束进行比较，重点关注$D_s^+ \to \rho^+ \mu^+\mu^-$和$D^0 \to \bar{K}^{*0} \mu^+\mu^-$。
• 应用有效场论方法分离FCNC贡献，并估算其相对于主导长程效应的大小。

实验结果

研究问题

• RQ1 在标准模型中，能否在$D \to V\ell^+\ell^-$衰变中观测到短程FCNC $c \to u\ell^+\ell^-$跃迁？
• RQ2 在$D \to V\ell^+\ell^-$衰变中，短程FCNC振幅的大小与长程贡献相比如何？
• RQ3 Cabibbo抑制的$D \to V\ell^+\ell^-$衰变的预测分支比是多少？它们是否在当前实验的探测能力范围内？
• RQ4 在Cabibbo抑制模式中，分支比显著高于$10^{-7}$是否可能表明标准模型之外的新物理？
• RQ5 $D_s^+ \to \rho^+ \mu^+\mu^-$和$D^0 \to \bar{K}^{*0} \mu^+\mu^-$衰变模式中，主导贡献是短程还是长程？

主要发现

• 在$D \to V\ell^+\ell^-$衰变中，$c \to u\ell^+\ell^-$跃迁的短程FCNC贡献估计比长程贡献小三个数量级。
• Cabibbo允许衰变$D_s^+ \to \rho^+ \mu^+\mu^-$的预测分支比为$3 \times 10^{-5}$，而$D^0 \to \bar{K}^{*0} \mu^+\mu^-$的分支比为$1.7 \times 10^{-6}$。
• 这些预测的分支比并不显著低于当前实验的上界，因此在统计改善后有望被测量。
• 在Cabibbo抑制的$D \to V\ell^+\ell^-$衰变中，分支比远高于$10^{-7}$可能成为标准模型之外新物理的信号。
• 长程动力学主导于短程FCNC振幅，使得后者在当前的理论与实验框架下不可观测。
• 研究结论认为，尽管FCNC跃迁在理论上存在，但其信号在标准模型中被长程效应完全淹没。