[論文レビュー] B ->K*ll: The New Frontier of New Physics searches in Flavor

Sébastien Descotes–Genon, Tobias Hurth+2 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2013

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 24被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、精度の高い角度観測量と理論的に明確でモデルに依存しない量を活用することで、フラーバー物理学におけるニューサイエンスの主要なプローブとして $B \to K^{*}\ell\ell$ を確立する。今後LHCbが得るデータが、標準模型からの相関するずれを明らかにするか、放射性および半レプトン的ニューサイエンスオペレーターに対するこれまでで最も厳しい制約をもたらすことが示された。

ABSTRACT

The exclusive decay mode B ->K*ll has become one of the key players in the search for New Physics in flavor. An increasing number of observables are being studied experimentally, and with increasing precision. Its theoretical description is well under control, and an interesting set of clean observables have been identified, reducing further the theoretical uncertainties. Model-independent analyses show that in the near future this mode will either reveal NP through a pattern of correlated deviations from the SM, or pose very stringent constraints on radiative and semileptonic operators.

研究の動機と目的

• 実験的精度が高く理論的制御が可能なことから、$B \to K^{*}\ell\ell$ をフラーバー物理学におけるニューサイエンスのテストの中心的チャネルとして確立すること。
• 理論的不確実性に対して頑健で、ニューサイエンスの寄与に敏感な、明確でモデルに依存しない観測量を特定・分析すること。
• $B \to K^{*}\ell\ell$ が相関するずれによってニューサイエンスを発見するか、有効オペレーターに対する最も厳しい制約をもたらす可能性を評価すること。
• 異なる角度観測量の相補性が、異なるニューサイエンスのシナリオを区別するのにどのように寄与するかを評価すること。

提案手法

• 半レプトン的およびハドロン的寄与に分解する有効ハミルトニアンアプローチを用い、前者は電磁的および半レプトン的オペレーターによって支配されることを考慮する。
• 因子化および効果的場理論的手法（QCDF、SCET、HQET）を用いて、特に高反動および低反動領域におけるフォーム因子と行列要素を計算する。
• 低反動領域ではオペレーター積分展開（OPE）とソフトパイオン定理を適用し、フォーム因子を関連づけ、理論的不確実性を低減する。
• 理論的に頑健でニューサイエンスに敏感な「クリーンな観測量」である $P_1$、$P_2$、$P_4'$、$P_5'$、$A_{\text{FB}}$、$F_L$、$S_3$ を特定する。
• 現在および予想されるLHCbデータを用いて、$C_7$、$C_9$、$C_{10}$、$C_7'$ オペレーター空間におけるニューサイエンスをモデルに依存しないグローバルフィットで制約する。
• ラティスQCDおよびライトコーン和則を用いてフォーム因子を計算し、非因子化およびパワー補正を評価することで理論的不確実性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $B \to K^{*}\ell\ell$ は、フラーバー変換中性荷電現在のニューサイエンスに対して感受性が高く、理論的にも頑健なプローブとして機能できるか？
• RQ2 $B \to K^{*}\ell\ell$ の角度観測量の中で、標準模型のテストに最も効果的なクリーンでモデルに依存しないものとは何か？
• RQ3 今後LHCbが得る $B \to K^{*}\mu^+\mu^-$ データが、相関するニューサイエンスの兆候を明らかにするか、有効オペレーターに対するこれまでで最も厳しい制約をもたらす可能性はどの程度か？
• RQ4 非因子化およびパワー補正に起因する理論的不確実性は、$B \to K^{*}\ell\ell$ の角度観測量の解釈にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ5 異なる観測量の相補性は、異なるニューサイエンスのシナリオを区別するのにどのように寄与するか？

主な発見

• 実験的精度の向上とフォーム因子・行列要素に対する理論的制御の向上により、$B \to K^{*}\ell\ell$ は今やニューサイエンス探索の主要なチャネルとなった。
• $P_1$、$P_2$、$P_4'$、$P_5'$ などの観測量は、強い相互作用の不確実性に影響されにくく、ニューサイエンスに非常に感受性が高い、クリーンでモデルに依存しないプローブであることが特定された。
• 第二の $q^2$ バインで $P_1$ と $P_2$ を $\sigma \sim 0.1$ の精度で測定すれば、他のすべての放射性および半レプトン的モードを合わせたものよりも、ニューサイエンスに対する制約が厳しくなる。
• LHCbの最初の 1 fb$^{-1}$ データは、$P_1$、$P_2$、$S_3$、$S_9$ にずれの兆候を示しているが、不確実性が大きいため、今後の発見の可能性を示唆している。
• 半レプトン的オペレーターにニューサイエンスが存在しない場合、$B \to K^{*}\mu^+\mu^-$ は、相関するずれのパターンを明らかにするか、$C_7$–$C_7'$ パラメータ空間の広い領域を、これまでにない精度で除外する。
• 双対性の破れとパワー補正は予想されるほど小さく、特に $q^2$ バインを広く積分した場合、理論的予測の頑健さが向上する。