[論文レビュー] A global fit to $b ightarrow cτ\barν$ anomalies after Moriond 2019

Suman Kumbhakar, Ashutosh Kumar Alok+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、2019年モリオンデーで発表された更新されたBelleデータを用いて、$b \to c\tau\bar{\nu}$の異常に対するグローバルフィットを実施し、標準模型との食い違いを3.1σにまで低減した。7つの妥当な新しい物理の解が同定され、それぞれが異なるローレンツ構造を持つ。実験的にそれらを一意に区別するための5観測量戦略——$P_\tau^D$、$R_D$、前後非対称性、および$\mathcal{B}(B_c \to \tau\bar{\nu})$——が提案された。

ABSTRACT

At Moriond 2019, Belle collaboration announced their new measurements on $R_D$ and $R_{D^*}$ which are in agreement with their Standard Model (SM) predictions within $1.2σ$. After inclusion of these measurements, the discrepancy between the world averages and the SM predictions of $R_D$-$R_{D^*}$ comes down from $4.1σ$ to $3.1σ$. Here we do a global fit by taking all measurements in $b ightarrow cτ\barν$ transition. We find that there are seven allowed new physics solutions, each with different Lorentz structure. Further we show that it is possible to distinguish between them by means of the five observables: the $τ$ polarization fraction in the decay $B ightarrow D τ\barν$, the precision measurement of $R_D$, the forward-backward asymmetries in the decays $B ightarrow (D,D^*) τ\barν$ and the branching ratio of $B_c ightarrow τ\barν$.

研究の動機と目的

• 2019年モリオンデーで発表された新しいBelle測定結果を踏まえて、$b \to c\tau\bar{\nu}$の異常を再評価すること。
• 更新された$R_D$、$R_{D^*}$、および$f_L^{D^*}$の測定値を組み込むことで、新しい物理の解に対するグローバルフィットに与える影響を特定すること。
• $b \to c\tau\bar{\nu}$崩壊におけるレプトンフラバー普遍性の破れを説明できる妥当な新しい物理モデルを同定すること。
• 残りの妥当な新しい物理のシナリオを区別できる精度測定のセットを提案すること。
• 各新しい物理解が$\mathcal{B}(B_c \to \tau\bar{\nu}) < 10\%$および$f_L^{D^*}$の制約のもとでどれほど妥当であるかを評価すること。

提案手法

• すべての可能なローレンツ構造を含む一般化された有効ハミルトニアンを構築し、ウィルソン係数$C_i$、$C'_i$、$C''_i$でパラメータ化する。
• ウィルソン係数の関数として$R_D$、$R_{D^*}$、$R_{J/\psi}$、$P_\tau^{D^*}$、$f_L^{D^*}$、および前後非対称性の理論的予測を計算する。
• MINUIT最小化パッケージを用いてグローバルフィットを実施し、実験データと最も一致するウィルソン係数の組み合わせを特定する。
• $\mathcal{B}(B_c \to \tau\bar{\nu}) < 10\%$および$f_L^{D^*}$の測定値からの制約を適用し、物理的に不適切または除外された解を除外する。
• フィットされたウィルソン係数を用いて、各妥当な解について5つの主要な観測量——$P_\tau^D$、$A_{FB}^D$、$A_{FB}^{D^*}$、$R_D$、および$\mathcal{B}(B_c \to \tau\bar{\nu})$——の予測値を求める。
• 7つに減少した残りの妥当な新しい物理の解を一意に区別できる、観測量予測の固有の組み合わせを同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2019年モリオンデーで発表された新しいBelle測定値は、$b \to c\tau\bar{\nu}$の異常に対するグローバルな有意水準にどのように影響するか？
• RQ2 最新の$R_D$、$R_{D^*}$、$f_L^{D^*}$データを組み込むことで、ローレンツ構造ごとに分類された新しい物理のオペレーターのうち、どのものが依然として妥当なままであるか？
• RQ3 $P_\tau^D$、$R_D$、$A_{FB}^D$、$A_{FB}^{D^*}$、および$\mathcal{B}(B_c \to \tau\bar{\nu})$という5つの観測量は、残りの新しい物理の解を一意に区別できるか？
• RQ4 残りの7つの許容される新しい物理のシナリオ間の不確実性を解消するために、将来の測定でどの程度の精度が求められるか？
• RQ5 $f_L^{D^*}$および$\mathcal{B}(B_c \to \tau\bar{\nu})$の予測は、許容される新しい物理モデルにどのような制約を課えるか？

主な発見

• 2019年モリオンデーで発表された新しいBelleデータを組み込むことで、世界平均の$R_D$および$R_{D^*}$測定値と標準模型の予測との間のグローバルな食い違いは、3.1σにまで低減された。
• $f_L^{D^*}$の測定値$0.60 \pm 0.08$（統計）$\pm 0.04$（系）は、標準模型から1.5σ高いが、これはもはや許容されるテンソルのみの新しい物理の解を約5σの有意水準で除外する。
• すべての制約を適用した後、ローレンツ構造の異なる組み合わせを持つ7つの新しい物理の解が残り、いずれも妥当である。
• $\tau$スピン極化率$P_\tau^D$は、$\mathcal{O}_{V_L}$および$\mathcal{O}_T$解（予測値$\sim 0.35$）を他の5つの解（予測値$\sim 0.45$）と区別できる。0.1の精度で区別が可能である。
• $A_{FB}^D$の前後非対称性は、$(\mathcal{O}''_{V_R}, \mathcal{O}''_T)$および$(\mathcal{O}'_{V_R}, \mathcal{O}'_{S_L})$解では負値（$\sim -0.24$）を示し、他の5つの解では正値（$\sim 0.33$）を示すため、明確な区別が可能である。
• $A_{FB}^{D^*}$非対称性および$\mathcal{B}(B_c \to \tau\bar{\nu})$はさらなる区別を可能にする：$(\mathcal{O}''_{V_R}, \mathcal{O}''_T)$では$A_{FB}^{D^*} \approx -0.025$、$(\mathcal{O}'_{V_R}, \mathcal{O}'_{S_L})$では$-0.120$、残りの3つでは$\sim -0.05$であり、それぞれの分岐比は0.8%、4.0%、8.4%である。2%の精度で区別が可能である。