[論文レビュー] $B$ anomalies in the post $R_{K^{(*)}}$ era

Tobias Hurth, F. Mahmoudi+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2023

Particle physics theoretical and experimental studiesPhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、最新のLHCbおよびCMS測定値を踏まえて、$b\to s\ell^{+}\ell^{-}$の異常状態を再評価し、$R_K$および$R_{K^*}$において現在、標準模型と整合的であることが示され、新しい物理が軽レプトンフラバー不変であることが制限されている。モデルに依存しない有効場理論的手法を用いて、残存する角度関数および分岐比の不一致は、単一のウィルスン係数$C_9$によって最もよく説明され、より複雑なシナリオによる改善は顕著でないことが示された。

ABSTRACT

We discuss the status of $b o s \ell^+\ell^-$ decays in the post-$R_{K^{(*)}}$ era. The recent LHCb update of $R_K$ and $R_{K^*}$ measurements which are now compatible with the Standard Model, constrain new physics contributions to be lepton flavor universal, allowing only small deviations from this limit. Besides the latest LHCb measurements of $R_K$ and $R_{K^{*}}$, we also include the recent CMS measurements of $R_K$ and of the branching ratio of $B^+ o K^+ μ^+μ^-$. We present a model-independent analysis of the $b o s \ell^+ \ell^-$ data and investigate the implications of the different sets of observables. In addition, we consider multi-dimensional fits and discuss the significance of more complex new physics scenarios compared to one- and two-dimensional scenarios.

研究の動機と目的

• 最新のLHCbおよびCMSデータが$R_K$および$R_{K^*}$において標準模型と整合的であることを踏まえ、$b\to s\ell^{+}\ell^{-}$の異常状態を再評価すること。
• 現在のデータが新しい物理的寄与における軽レプトンフラバー不変性をどれほど強く制限しているかを特定すること。
• 残存する角度関数および分岐比の不一致を説明する主な新しい物理的寄与として$C_9$の重要性を評価すること。
• 追加のウィルスン係数を含むより複雑な新しい物理のシナリオが、単純なモデルよりも顕著に良い適合を示すかどうかを検証すること。
• PDG 2022のCKMパラメータと最新の実験的入力（$\text{BR}(B^+\to K^+\mu^+\mu^-)$を含む）を用いて、分析を更新すること。

提案手法

• 弱い有効ハミルトニアンにおけるウィルスン係数を用いた、$b\to s\ell^{+}\ell^{-}$崩壊のモデルに依存しない有効場理論的分析を実施する。
• 異なる観測量のセットに対する1次元および2次元のフィットを実施：(1) クリーンな比$R_K$、$R_{K^*}$、および$B_{s,d}\to\ell^+\ell^-$、(2) 角度関数および分岐比。
• すべての関連するウィルスン係数（チャイラリティ反転（プライム付き）オペレーターを含む）を含む12次元のフィットを実施する。
• ウィルクスの定理を用いて、モデルの改善のp値および有意水準を計算し、$\chi^2$の差を用いてネストされたシナリオを比較する。
• PDG 2022の更新されたCKMパラメータを適用し、$R_K$および$\text{BR}(B^+\to K^+\mu^+\mu^-)$の最新のCMS測定値を含める。
• 数値計算にはSuperIsoの公開プログラムを用い、非因子化パワー補正には10%の不確実性を仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新のLHCbおよびCMSによる$R_K$および$R_{K^*}$の測定値は、新しい物理的寄与における軽レプトンフラバー不変性をどの程度強く制限しているか？
• RQ2 $R_K$および$R_{K^*}$が現在、標準模型と整合的であるならば、排他的な$b\to s\ell^{+}\ell^{-}$崩壊における角度関数および分岐比の持続的な不一致は、まだ新しい物理によって説明可能か？
• RQ3 ウィルスン係数$C_9$が観測された異常を説明するのに十分か、それ以上のウィルスン係数を追加することで顕著な改善が得られるか？
• RQ4 $C_9$を超える追加の新しい物理的自由度を導入することで、データの説明に有意な改善が得られる統計的有意水準は何か？
• RQ5 更新されたCKMパラメータと新しい実験的入力は、$b\to s\ell^{+}\ell^{-}$観測量のグローバルフィットにどのように影響するか？

主な発見

• LHCbによる新しい測定値$R_K([0.1-1.1])=0.994^{+0.090}_{-0.082}$および$R_{K^*}([1.1-6.0])=1.027^{+0.072}_{-0.068}$は、現在、標準模型と整合的であり、軽レプトン非不変性の有意水準は$\sim 4.7\sigma$に低下した。
• クリーンな観測量$R_K$、$R_{K^*}$、および$\text{BR}(B_s\to\mu^+\mu^-)$は、新しい物理が軽レプトンフラバー不変でなければならないことを制限しており、わずかなずれしか許されない。
• ウィルスン係数$C_9$は、特に低$ q^2 $領域における角度関数および分岐比の残存する不一致を説明する主な新しい物理的寄与であると特定された。
• すべてのウィルスン係数（プライム付きを含む）を含む12次元フィットでは、$\chi^2_{\text{min}}=222.5$となり、標準模型からのプルが$4.7\sigma$であった。これは中程度の不一致を示している。
• ウィルクスの検定では、$C_9$を超える新しい物理の追加は有意な改善をもたらさず、次のモデルのp値はわずか$0.1\sigma$の改善にとどまった。
• 2オペレーターのフィット$\{C_9^\mu, C_{10}^\mu\}$は、レプトンフラバー破れの性質を持つため、新しい$R_{K^{(*)}}$データと矛盾するため、好ましくない。