[论文解读] Upper bounds on K ---> pi neutrino anti-neutrino and K(L) ---> pi0 e+ e- from epsilon-prime / epsilon and K(L) ---> mu+ mu-

Andrzej J. Buras, L. Silvestrini|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 1999

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 31被引用 39

一句话总结

本文利用CP破坏比值ε′/ε作为对s-d-Z顶点虚部的约束，推导出稀有奇异夸克衰变K⁺ → π⁺νν̄、K_L → π⁰νν̄和K_L → π⁰e⁺e⁻的严格上限。在假设标准模型CKM参数且ε′/ε ≤ 2×10⁻³的条件下，得出BR(K_L → π⁰νν̄) ≤ 2.4×10⁻¹⁰和BR(K_L → π⁰e⁺e⁻) ≤ 3.6×10⁻¹¹，显著优于以往的约束。

ABSTRACT

Abstract We analyze rare kaon decays in models in which the dominant new effect is an enhanced s dZ vertex Z ds . We point out that in spite of large theoretical uncertainties the CP -violating ratio e′/e provides at present the strongest constraint on Im Z ds . Assuming 0 ⩽ e ′/ e ⩽ 2 × 10 −3 and Standard Model values for the CKM parameters we obtain the bounds BR (K L → π 0 ν ν ) ⩽ 2.4 × 10 −10 and BR( K L → π 0 e + e − ) ⩽ 3.6 × 10 −11 (which are substantially stronger than the bounds found recently by Colangelo and Isidori, using e K instead of e′/e). We illustrate how these bounds can be improved with the help of the forthcoming data on e′/e. Using the the bound on Re Z ds from K L → μ + μ − we find BR (K + → π + ν ν ⩽ 2.3 × 10 −10 . In this context we derive an analytic upper bound on BR (K + → π + ν ν ) as a function of BR (K L → π 0 ν ν ) and the short distance contribution to BR( K L → μ + μ − ). We also discuss new physics scenarios in which in addition to an enhanced s dZ vertex also neutral meson mixing receives important new contributions. In this case larger values of the branching ratios in question cannot be excluded.

研究动机与目标

• 通过CP破坏比值ε′/ε约束新物理对稀有奇异夸克衰变的贡献。
• 利用ε′/ε而非ε_K改进K_L → π⁰νν̄、K_L → π⁰e⁺e⁻和K⁺ → π⁺νν̄分支比的现有约束。
• 推导BR(K⁺ → π⁺νν̄)的解析上限，作为BR(K_L → π⁰νν̄)和K_L → μ⁺μ⁻短距离贡献的函数。
• 探讨s-d-Z顶点和中性奇异夸克混合均受到显著新物理贡献影响的情形。
• 评估未来ε′/ε测量对提升新物理探测灵敏度的潜力。

提出的方法

• 在s-d-Z顶点增强的模型中分析稀有奇异夸克衰变，重点关注CP破坏效应。
• 利用测量范围0 ≤ ε′/ε ≤ 2×10⁻³作为对s-d-Z顶点耦合虚部的约束。
• 结合来自K_L → μ⁺μ⁻衰变的Re(Z_ds)约束，以限制K⁺ → π⁺νν̄的分支比。
• 推导BR(K⁺ → π⁺νν̄)的解析上限，以BR(K_L → π⁰νν̄)和K_L → μ⁺μ⁻的短距离贡献为变量。
• 考虑中性奇异夸克混合中存在额外新物理贡献的情形，此类情形可能放松约束。
• 应用标准模型CKM参数和微扰QCD技术，估算在这些约束下的分支比。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用ε′/ε而非ε_K时，对K_L → π⁰νν̄和K_L → π⁰e⁺e⁻的约束有多强？
• RQ2 能否利用ε′/ε和K_L → μ⁺μ⁻数据对K⁺ → π⁺νν̄的分支比进行解析约束？
• RQ3 中性奇异夸克混合中存在额外新物理贡献时，对稀有奇异夸克衰变上限有何影响？
• RQ4 与使用ε_K的先前分析相比，所推导的约束结果如何？
• RQ5 未来ε′/ε测量能在多大程度上提升对稀有奇异夸克衰变中新物理的探测灵敏度？

主要发现

• 在ε′/ε ≤ 2×10⁻³且标准模型CKM参数的假设下，本文推导出BR(K_L → π⁰νν̄) ≤ 2.4×10⁻¹⁰，显著优于以往的约束。
• BR(K_L → π⁰e⁺e⁻)的上限为≤ 3.6×10⁻¹¹，远强于Colangelo和Isidori近期的结果。
• BR(K⁺ → π⁺νν̄)的上限确定为≤ 2.3×10⁻¹⁰，该结果基于对Re(Z_ds)的约束和ε′/ε的上限。
• 推导出BR(K⁺ → π⁺νν̄)的解析上限，作为BR(K_L → π⁰νν̄)和K_L → μ⁺μ⁻短距离贡献的函数。
• 在中性奇异夸克混合中存在额外新物理贡献的情形下，稀有衰变的更大分支比无法被排除。
• 结果表明，ε′/ε对探测稀有奇异夸克衰变中新物理的约束力强于ε_K。