[論文レビュー] B -> K* mu+ mu- optimised observables in the MSSM

F. Mahmoudi, S. Neshatpour+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 28被引用数 31

ひとこと要約

本稿は、LHCbが最適化した$B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$観測量が最小超対称標準模型（MSSM）に与える影響を分析しており、MSSMは全体的にデータと整合的であるものの、制約が制約付きの状況下で$b\to s\gamma$と同等の強さに達していることを示している。研究では、$P_5'$が標準模型（SM）と2σの不一致を示しており、MSSMの解は軽いチリノやストップを必要としていることが明らかになった。

ABSTRACT

We provide a detailed analysis of the impact of the newly measured optimised observables in the B -> K* mu+ mu- decay by the LHCb experiment. The analysis is performed in the MSSM, both in the context of the usual constrained scenarios, and in the context of a more general set-up where the SUSY partner masses are independent. We show that the global agreement of the MSSM solutions with the data is still very good. Nevertheless, especially in the constrained scenarios, the limits from B -> K* mu+ mu- are now very strong, and are at the same level as the well-known b -> s gamma constraints. We describe the implications of the B -> K* mu+ mu- measurements both on the Wilson coefficients and on the SUSY parameters.

研究の動機と目的

• 最新の最適化された$B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$観測量がMSSMパラメータ空間に与える影響を評価すること。
• $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$からの制約と、$b\to s\gamma$ や $B_s\to\mu^+\mu^-$ などの伝統的なフラバー観測量との比較を行うこと。
• LHCbのデータを踏まえた制約付きMSSMのスケナリオ（CMSSM, NUHM）およびより一般的なpMSSMフレームワークの妥当性を検討すること。
• $P_5'$の観測された不一致を解消できるSUSYパラメータ領域（特に[1,6] GeVのエネルギー領域）を同定すること。
• ウィルソン係数の制約を、$M_{\tilde{t}_1}$, $M_A$, $\tan\beta$ などのMSSMパラメータに翻訳すること。

提案手法

• $b\to s\ell\ell$および$b\to s\gamma$データを用いたウィルソン係数のグローバルフィットを実施し、LHCbの最適化された観測量$P_i^{(\prime)}$を組み込む。
• 有効場理論を用いて、NP寄与をウィルソン係数$\delta\mathcal{C}_i$に結びつけ、$\mathcal{H}_{\text{eff}}^\text{sl}$に$\mathcal{O}_7, \mathcal{O}_9, \mathcal{O}_{10}, \mathcal{O}_8, Q_1, Q_2$を含める。
• $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$崩壊における形因子の不確実性を最小化するために、最適化された観測量集合$\{P_i^{(\prime)}\}$を適用する。
• 電弱スケールでの有効理論へのマッチングにより、MSSMのウィルソン係数の予測を計算し、$\tilde{t}_1$, $\tilde{\chi}_1^{\pm}$, $M_A$, $\tan\beta$ を主要パラメータとして使用する。
• MSSMの予測と実験データを統計的に比較し、特に[1,6] GeV領域における$P_5'$に注目する。
• 2次元カラープロットを用いて、パラメータ空間の依存性を可視化し、$M_{\tilde{t}_1}$–$M_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$, $M_{\tilde{t}_1}$–$M_A$, $M_A$–$\tan\beta$ 平面における$\langle P_5' \rangle_{[1,6]}$の分布を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MSSMは、LHCbが測定した最適化された$B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$観測量、特に$P_5'$の不一致をどのように扱えるか。
• RQ2 制約付きMSSMスケナリオにおいて、$B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$からの制約は、$b\to s\gamma$からのものと同等の強さか。
• RQ3 特に$M_{\tilde{t}_1}$, $M_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$, $M_A$, $\tan\beta$ に注目した場合、$P_5'$の不一致を解消できるMSSMパラメータ空間の好ましい領域はどこか。
• RQ4 制約付きスケナリオ（CMSSM, NUHM）とより一般的なpMSSMフレームワークとの間で、制約の違いは何か。
• RQ5 MSSMにおけるウィルソン係数の相関が、$b\to s\ell\ell$データとのグローバルな整合性に与える影響はどの程度か。

主な発見

• MSSMは$B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$データに対して全体的に整合的であるが、制約付きの状況下では$b\to s\gamma$と同等の強さに達している。
• CMSSMでは、$\tan\beta$に依存せずに、偽スカラーヒッグス粒子の質量が約1 TeV以上に制限される。
• 制約付きの状況下では、$B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$の制約を満たすために、最も軽いストップの質量は500 GeV以上である必要がある。
• pMSSMでは制約が弱く、$M_A$と$M_{\tilde{t}_1}$の両方が軽い、または$M_A$が軽く$\tan\beta$が大きな場合にのみ除外される。
• $P_5'$は標準模型の予測（$-0.34 \pm 0.10$）と実験結果（$0.21 \pm 0.21 \pm 0.03$）との間に2σの不一致を示しており、軽いチリノやストップを持つMSSMモデルではこの不一致が軽減される。
• $[1,6]$ GeV領域における$P_5'$の強度は、$M_{\tilde{t}_1}$と$M_{\tilde{\chi}_1^{\pm}}$に最も敏感であり、$M_A$ や $\tan\beta$ などの他のパラメータにほとんど依存しない。