[論文レビュー] Angular distributions of $\bar B o D^{(\ast)}\ell\bar ν_\ell$ decays and search of New Physics

Damir Bečirević, Svjetlana Fajfer+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 26

ひとこと要約

本稿はヘリシティ振幅を用いて $\bar{B} \to D^{(*)}\ell\bar{\nu}_\ell$ 衰えの完全な角度分布を導出し、モデルに依存しないニュートリノ物理学（NP）の分析を可能にする。非標準模型（BSM）相互作用に敏感な特定の角度係数を同定し、$D^*$ 衰えにおける $S$-波 $D\pi$ 池染みを扱い、$D_0^*$ 状態のブレイト・ウイナー近似の妥当性を検証する2つの測定可能な量が示されている。

ABSTRACT

We derive the expressions for the full angular distributions of $\bar B o D\ell\bar ν_\ell$ and $\bar B o D^{\ast }\ell\bar ν_\ell$ decays and discuss the spectra on each angle separately. The coefficient functions, depending on helicity amplitudes, can then be combined in an ensemble of observables which can then be used to check for the presence of New Physics. We examine the sensitivity of each of these observables on the presence of non-Standard Model interaction terms at low energies. The expressions presented here are general and can be used for studying any other semileptonic pseudoscalar to pseudoscalar/vector meson decay. We also examine the problem of pollution of the $\bar B o D^{\ast}( o Dπ)_S\ell\bar ν_\ell$ decay sample by the $\bar B o D_0^{\ast}( o Dπ)\ell\bar ν_\ell$ events, and point out that a measurement of two particular quantities could clarify whether or not the $(Dπ)_{S- m wave}$ in the vicinity of $D^\ast$-peak is (approximately) described by the Breit-Wigner formula.

研究の動機と目的

• ヘリシティ振幅を用いて $\bar{B} \to D\ell\bar{\nu}_\ell$ および $\bar{B} \to D^*\ell\bar{\nu}_\ell$ 衰えの完全な角度分布を導出し、モデルに依存しないニュートリノ物理学（NP）感受性を確保する。
• 非標準模型（BSM）相互作用に敏感な一連の角度観測量を同定し、特に $R_{D^{(*)}}$ 異常の文脈での応用を目的とする。
• $D^* \to D\pi$ 衰えにおける $S$-波領域での $D_0^* \to D\pi$ イベントの汚染を扱う。特に $\tau$-レプトン最終状態において注目する。
• $(D\pi)_{S\text{-wave}}$ が $D^*$ ピーク近傍でブレイト・ウイナー形状に従うかどうかを検証するための測定可能な量を提案する。これは精密な B メソン衰え解析にとって重要である。

提案手法

• ヘリシティ振幅を用いて微分的崩壊断面積を導出し、角度係数を運動量変数、フォーム因子、NP結合定数の関数として表現する。
• 有効ハミルトニアンアプローチを用いて非標準模型相互作用をモデル化し、NP結合定数をヘリシティ振幅の変更に翻訳する。
• 幅の小さい近似を適用し、$D\pi$ 最終状態における $D^*$ と $D_0^*$ 共鳴状態の干渉項を含める。
• $D^*$ と $D_0^*$ 中間状態の寄与を組み合わせ、干渉項を含めた完全な角度分布を構築する。
• $\cos\theta_D$、$\cos\theta_\ell$、$\chi = \phi\ell$ における角度積分に基づく観測量のセットを導入し、これらはNPおよびハドロン的不確実性に敏感である。
• $D\pi$ 静止系における位相空間および振幅の二乗の表現を導出し、$\widetilde{BW}$ 関数を用いて $D_0^*$ の幅と結合効果を含める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの角度観測量が $\bar{B} \to D^{(*)}\ell\bar{\nu}_\ell$ 衰えにおいて、標準模型を超えるニュートリノ物理学に最も感受的か？
• RQ2 $D^* \to D\pi$ 衰えにおける $S$-波 $D\pi$ 組み合わせの存在が、特に $\tau$-最終状態において $R_{D^{(*)}}$ 測定の解釈にどのように影響するか？
• RQ3 $D^*$ ピーク近傍の $D\pi$ 生成質量分布がブレイト・ウイナー形状に従うと仮定できるか？この仮定を検証するための観測量は何か？
• RQ4 $D^*$ と $D_0^*$ 共鳴状態の干渉効果は、$\bar{B} \to D^*\ell\bar{\nu}_\ell$ の $D^*$ 衰えサンプルをどの程度汚染するか？
• RQ5 ヘリシティ振幅を用いて、すべての半レプトン的スカラーからスカラー／ベクトルへの崩壊に適用可能な一般化された角度解析フレームワークを構築するにはどうすればよいか？

主な発見

• ヘリシティ振幅を用いた完全な角度分布が導出され、モデル依存性を最小限に抑えた $\bar{B} \to D^{(*)}\ell\bar{\nu}_\ell$ 衰えの解析の一般フレームワークが提供される。
• 非標準模型相互作用に感受的である一連の角度観測量が同定され、特に $R_{D^{(*)}}$ 異常の文脈で有効である。
• $D\pi$ 最終状態における $D^*$ と $D_0^*$ 共鳴状態の干渉が、特に $D^*$ ピーク近傍で角度分布に顕著な寄与を示すことが示された。
• $S$-波 $D\pi$ 成分に関連する2つの特定の観測量が提案され、$(D\pi)_{S\text{-wave}}$ が $D^*$ ピーク近傍でブレイト・ウイナー形状に従うかどうかを検証する。
• 実数のヘリシティ振幅を仮定した幅の小さい極限において、導出式は参考文献 [10] の結果を再現し、形式の妥当性が裏付けられた。
• 本手法により、将来の Belle II データにおける角度分布の精密な研究が可能となり、木構造の半レプトン的崩壊におけるニュートリノ物理学の感受性の高いテストが可能となる。