[論文レビュー] B Mixing in the Standard Model and Beyond

Ulrich Nierste|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 11被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、Fermilab/MILC共同研究の最新の格子QCD結果を用いて、B中間子混合パラメータΔm_sおよびΔm_dの標準模型予測を更新し、B_sおよびB_d混合における新しい物理の制約を評価している。実験と一致するが、理論的不確実性は格子計算の改善によって著しく低減された。LHCbの幅測定により、Γ₁₂^sにおける新しい物理は除外されるが、M₁₂^sにおける新しい物理は、SM振幅の30%未満まで許容される。

ABSTRACT

I present numerical updates of the Standard-Model predictions for the mass and width differences and the CP asymmetries in flavor-specific decays in Bs-Bs-bar and Bd-Bd-bar mixing. Then I discuss the current status of new physics in these mixing amplitudes.

研究の動機と目的

• f_BsおよびB_Bsの最新の格子QCD結果を用いて、Δm_sおよびΔm_dの標準模型予測を更新すること。
• 特にM₁₂^qおよびΓ₁₂^qにおけるB_sおよびB_d混合の振幅における新しい物理の妥当性を評価すること。
• DØとLHCbによるB_s混合におけるCP非対称性測定の不一致を解消すること。
• 改善された格子計算がΔm_sにおける理論的不確実性に与える影響を評価すること。

提案手法

• M₁₂^qをウィルソン係数と四クォーク演算子のハドロン行列要素で表すために、演算子積展開（OPE）を用いる。
• Fermilab/MILC共同研究の予備結果に注目し、f_Bs²B_Bsおよびf_Bd²B_Bdのハドロン行列要素を格子QCDで計算する。
• Δm_q ≈ 2|M₁₂^q|およびΔΓ_q ≈ 2|Γ₁₂^q|cosφ_q（φ_q = arg(−M₁₂^q / Γ₁₂^q)）を用いて物理的観測量を抽出する。
• CP非対称性をflavor特異的崩壊を通じてa_fs^q ≈ |Γ₁₂^q|/|M₁₂^q| sinφ_qとして評価する。
• LHCbおよびCDFの実験データ（特にΔm_sおよびφ_s^Δ）と理論的予測を比較する。
• グローバルフィットと実験的制約に基づいて、有効パrameterΔ_qおよびφ_q^Δを用いて新しい物理のシナリオを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 f_BsおよびB_Bsの最新の格子QCD結果は、標準模型におけるΔm_sの理論的予測にどのように影響するか？
• RQ2 DØとLHCbによるB_s混合におけるCP非対称性測定の不一致を、M₁₂^sまたはΓ₁₂^sにおける新しい物理がどの程度説明できるか？
• RQ3 LHCbによるB_s幅比の精密測定Γ_d/Γ_s = 0.997 ± 0.013は、Γ₁₂^sにおける新しい物理にどのような制約を課すか？
• RQ4 M₁₂^dおよびM₁₂^sにのみ新しい貢献がある新しい物理シナリオは、A_SLのDØ測定結果をまだ説明できるか？
• RQ5 改善された格子計算はΔm_sにおける理論的不確実性をどのように低減するか？そして、なぜこれが新しい物理の検証にとって重要なのか？

主な発見

• Fermilab/MILCの格子結果f_Bs²B_Bs = (237 ± 14 MeV)²を用いると、予測されるΔm_sは(21.7 ± 2.6) ps⁻¹となり、過去の格子データに基づく(17.3 ± 1.5) ps⁻¹の推定値よりも顕著に高い値を示す。
• 更新されたSM予測におけるΔm_sは、実験平均値(17.719 ± 0.043) ps⁻¹と矛盾しており、理論的不確実性がまだ保守的でないことを示唆している。
• LHCbによるB_s幅比Γ_d/Γ_s = 0.997 ± 0.013の測定値は、SM予測(0.998 ± 0.003)と非常に良好に一致しており、Γ₁₂^sにおける大きな新しい物理的寄与は除外される。
• M₁₂^sにおける新しい物理は、SM振幅の30%未満まで95%信頼水準で許容されるが、φ_s^Δに関するLHCbの厳しい制約にもかかわらず依然として可能である。
• M₁₂^dおよびM₁₂^sにのみ新しい貢献があるシナリオは、DØのA_SL測定結果を説明できなくなった。なぜなら、SMの点Δ_d = Δ_s = 1はもはや1σの範囲で除外されるからである。
• 本分析は、f_Bs²B_Bsの改善された格子計算が、Δm_sにおける理論的不確実性を低減し、より高精度で新しい物理のシナリオをテストする上で、今後急務であることを示している。