[论文解读] Insights from the Interplay of K -> pi nu anti-nu and epsilon_K on the New Physics Flavour Structure

Monika Blanke|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 2009

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 30被引用 21

一句话总结

该论文指出，在某些新物理（NP）模型中，由于∆S=2与∆S=1跃迁中存在统一的弱相位，且受到εK的严格实验限制，KL→π⁰νν̄与K⁺→π⁺νν̄分支比之间存在严格的关联。这种关联仅在新物理对K⁰–K̄⁰混合与K→πνν̄衰变贡献的CP破坏相位相同时才会出现；若相位不相关，尤其在具有手征增强的左右耦合算符的模型中，该关联将被破坏。

ABSTRACT

In certain new physics (NP) models, such as the Littlest Higgs model with T-parity, a strict correlation between the K_L -> pi0 nu anti-nu and K+ -> pi+ nu anti-nu branching ratios has been observed, allowing essentially only for two branches of possible points, while in other NP frameworks, such as the general MSSM or warped extra dimensional models, no visible correlation appears. We analyse the origin of the correlation in question and show it to be a direct consequence of the stringent experimental constraint on epsilon_K, provided that the NP enters with comparable strength and a universal weak phase in both Delta S = 2 and Delta S = 1 transitions. This happens in many NP scenarios with either only SM operators, or where the NP induces exclusively right-handed currents while the left-right Delta S = 2 operators are absent. On the other hand, if the NP phases in Delta S = 2 and Delta S = 1 processes are uncorrelated, epsilon_K has no power to put constraints on the K -> pi nu anti-nu system. The latter appears in particular in those NP models where K^0 - anti-K^0 mixing receives contributions from the chirally enhanced left-right operators. We discuss the stability of the correlation in question against small deviations from the assumption of universal Delta S = 2 and Delta S = 1 weak phases, and in the presence of non-negligible NP contributions to epsilon_K.

研究动机与目标

• 理解在如带有T-对称性的最小顶夸克模型等特定新物理模型中，KL→π⁰νν̄与K⁺→π⁺νν̄分支比之间观察到的关联的起源。
• 确定εK的实验约束在何种条件下可强烈限制K→πνν̄衰变率。
• 研究当新物理相位偏离统一弱相位时，或新物理对εK有非可忽略贡献时，该关联是否依然稳定。
• 澄清该关联是新物理算符结构的特征，还是CP破坏相位统一性的结果。

提出的方法

• 分析K→πνν̄衰变的唯象有效哈密顿量，重点关注(V−A)⊗(V−A)与(V+A)⊗(V−A)型当前-当前算符。
• 识别出仅(V)⊗(V−A)组合有贡献，这是由于赝标量介子的存在，从而简化了动力学行为。
• 利用εK的实验上限来约束K→πνν̄振幅中威尔逊系数虚部的大小。
• 采用模型无关分析方法，将标准模型预测与新物理贡献进行比较，假设∆S=2与∆S=1跃迁中新物理强度相当。
• 评估当新物理相位偏离统一弱相位，或新物理对εK有非零贡献时，该关联的稳定性。
• 在不同模型间进行比较：LHT模型、最小3-3-1模型、一般MSSM模型以及翘曲额外维度模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何在如带有T-对称性的最小顶夸克模型中会出现KL→π⁰νν̄与K⁺→π⁺νν̄分支比的严格关联，而在一般MSSM或RS模型中则不会？
• RQ2 εK的实验约束如何在特定新物理情景中强制实现K→πνν̄衰变率之间的关联？
• RQ3 当∆S=2与∆S=1跃迁中新物理相位不相关时，该关联在何种条件下会崩溃？
• RQ4 该关联是否可归因于新味破坏算符的结构，还是源于相位的统一性？
• RQ5 当新物理相位存在微小偏离统一弱相位，或新物理对εK有不可忽略贡献时，该关联的鲁棒性如何？

主要发现

• KL→π⁰νν̄与K⁺→π⁺νν̄分支比之间的关联源于∆S=2与∆S=1跃迁中的统一弱相位，而非新物理算符结构所致。
• 对εK的严格实验限制是导致在具有统一相位的模型中，K→πνν̄衰变率被约束为两个独立分支的原因。
• 若∆S=2与∆S=1过程中的新物理相位不相关，尤其在具有手征增强的左右耦合算符的模型中，该关联将被破坏。
• 在新物理仅诱导右手中性流且无左右∆S=2算符的模型中，该关联保持稳定，并受到εK的强约束。
• 即使新物理相位存在微小偏离统一弱相位，只要新物理对εK的贡献可忽略，该关联仍保持鲁棒。
• 在一般MSSM与含体场的RS模型中缺乏关联，是由于存在新的味破坏算符以及相位不相关所致。