[论文解读] epsilon'/epsilon at the NLO: 10 Years Later

Andrzej J. Buras, Matthias Jamin|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2003

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 38被引用 3

一句话总结

本文使用过去十年更新的实验和理论输入，以近似领先阶（NLO）重新评估了标准模型对直接CP破坏参数ε′/ε的预测。通过测量得到的ε′/ε值，确定了主导QCD胶子对撞算符Q₆的强子矩阵元，当R₈ = 1.0 ± 0.2时，得到R₆ = 1.23 ± 0.16，表明Q₆与Q₈矩阵元之间存在显著关联，这一结果挑战了大Nc近似预期。

ABSTRACT

During the last four years several parameters relevant for the analysis of the CP-violating ratio epsilon'/epsilon improved and/or changed significantly. In particular, the experimental value of epsilon'/epsilon and the strange quark mass decreased, the uncertainty in the CKM factor has been reduced, and for a value of the hadronic matrix element of the dominant electroweak penguin operator Q_8, some consensus has been reached among several theory groups. In view of this situation, ten years after the first analyses of epsilon'/epsilon at the next-to-leading order, we reconsider the analysis of epsilon'/epsilon within the SM and investigate what can be said about the hadronic Q_6 matrix element of the dominant QCD penguin operator on the basis of the present experimental value of epsilon'/epsilon and todays values of all other parameters. Employing a conservative range for the reduced electroweak penguin matrix element R_8=1.0+-0.2 from lattice QCD, and present values for all other input parameters, on the basis of the current world average for epsilon'/epsilon, we obtain the reduced hadronic matrix element of the dominant QCD penguin operator R_6=1.23+-0.16 implying _0^NDR(m_c) ~ -0.8 _2^NDR(m_c). We compare these results with those obtained in large-N_c approaches in which generally R_6 ~ R_8 and _0^NDR(m_c) is chirally suppressed relatively to _2^NDR(m_c). We present the correlation between R_6 and R_8 that is implied by the data on epsilon'/epsilon provided new physics contributions to epsilon'/epsilon can be neglected.

研究动机与目标

• 使用过去十年间更新的实验和理论输入，重新分析标准模型中的ε′/ε。
• 在假设无新物理贡献的前提下，从测量得到的ε′/ε值中确定主导QCD胶子对撞算符Q₆的强子矩阵元。
• 评估大Nc方法与当前数据的一致性，特别是关于R₆/R₈的比值。
• 在标准模型假设下，建立由实验ε′/ε值所暗示的R₆与R₈之间的关联。

提出的方法

• 采用慕尼黑和罗马研究组（1993年）提供的胶子对撞和当前-当前算符的NLO威尔逊系数。
• 采用现象学方法提取矩阵元，利用CP守恒数据和当前实验约束。
• 施加新物理对ε′/ε的贡献可忽略的约束，从而从ε′/ε数据中提取Q₆矩阵元。
• 对电弱胶子对撞矩阵元采用来自格点QCD的保守范围R₈ = 1.0 ± 0.2。
• 通过全局拟合确定R₆和比值R₆/R₈，使用世界平均值ε′/ε = (16.6 ± 1.6) × 10⁻⁴。
• 构建R₆与R₈之间的相关性图，以可视化允许的参数空间。

实验结果

研究问题

• RQ1 在当前实验测得的ε′/ε值和更新的输入参数下，主导QCD胶子对撞算符Q₆的强子矩阵元的值是多少？
• RQ2 比值R₆ = ⟨Q₆⟩₀ / ⟨Q₈⟩₂与大Nc预测R₆ = R₈相比如何？
• RQ3 在无新物理假设下，实验ε′/ε值所暗示的R₆与R₈之间的允许关联是什么？
• RQ4 大Nc方法能否与当前数据调和一致？若能，需满足何种条件？
• RQ5 不同理论方法（格点QCD、大Nc、手征极限）在预测Q₆和Q₈矩阵元方面有何比较？

主要发现

• 当R₈ = 1.0 ± 0.2时，分析结果为R₆ = 1.23 ± 0.16，意味着⟨Q₆⟩₀^NDR(m_c) ≈ −0.77⟨Q₈⟩₂^NDR(m_c)，不确定性为19%。
• 结果R₆ = 1.23 ± 0.16与大Nc预测R₆ = R₈ = 1.36 ± 0.3不一致，后者位于R₆–R₈平面上的1σ椭圆之外。
• 只有当R₆ = R₈ = 1.36 ± 0.3时，大Nc方法才能与数据一致，这要求⟨Q₈⟩₂大于大多数近期估计值。
• R₈ = 1.0 ± 0.2与近期格点QCD估算一致，支持电弱胶子对撞矩阵元输入的可靠性。
• 从数据导出的R₆与R₈之间的关联表明，若适当调整矩阵元，大Nc、格点QCD和手征极限三种主要理论方法均可与数据一致。
• 如果未来非微扰计算发现R₆和R₈位于R₆–R₈相关性图的允许区域之外，则ε′/ε中必须存在新物理贡献。