[論文レビュー] $B_s$ Decays and Mixing

Jonathan L. Rosner, Michael Gronau|arXiv (Cornell University)|May 10, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、$B_s$ メソンの崩壊と混合に関する最近の実験的結果を分析し、$B_s \to J/\psi\phi$ におけるCP対称性の破れ、D0の二重ミュオン電荷非対称性、および三重積観測量に焦点を当てる。標準模型を越えるCP対称性の破れを検出するための時間に依存する角度解析を提案し、タグ付き崩壊率における観測可能な混合の予測を更新し、影響パラメータカットを用いて$b$-クォークの崩壊とK中間子のバックグラウンドを区別することでD0非対称性の起源を検証する。

ABSTRACT

Theoretical remarks are offered regarding recent hadron collider results on the mixing and decays of $B_s$ mesons. Topics covered include: (1) CP-violating mixing in $B_s(\ob_s) o J/ψϕ$, (2) the D0 dimuon charge asymmetry, (3) information from triple products, (4) $B_s o J/ψf_0$, (5) new physics constraints, (6) some illustrative new physics scenarios.

研究の動機と目的

• 観測された $B_s \to J/\psi\phi$ における $B_s$ 混合位相が、標準模型の予測から顕著に逸脱しているかどうかを評価すること。
• D0の二重ミュオン電荷非対称性の起源を特定し、$b$-クォークの崩壊とK中間子のバックグラウンド寄与を区別すること。
• $B_{(s)} \to V_1V_2$ 崩壊における三重積観測量のCP対称性の破れに対する感受性を、特定の運動学的条件下で評価すること。
• $B_s \to J/\psi f_0$ 崩壊から得られる新しい物理の制約と、非標準的 $\Delta\Gamma_s$ および混合位相の意味を検討すること。
• 異常な $B_s$ 混合と崩壊を説明できる、隠れたセクターおよび第四世代モデルを含む、実現可能な新しい物理のシナリオを提案すること。

提案手法

• 混合と崩壊振幅の干渉から導かれる時間に依存する角度分布係数 $\mathcal{T}_\pm(t)$ を用いて、$B_s \to J/\psi\phi$ におけるCP対称性の破れを調査する。
• 式 $\mathcal{T}_\pm = e^{-\Gamma t} \left[ \frac{\cosh(\Delta\Gamma t)}{2} \mp \cos(\phi_M) \frac{\sinh(\Delta\Gamma t)}{2} \pm \eta \sin(\phi_M) \sin(\Delta m_s t) \right]$ を適用し、$\eta = \pm 1$ は $B_s$ または $\overline{B}_s$ のタグを示す。
• $b\bar{b}$ 対の寄与を抑制し、D0の二重ミュオン非対称性が $b$-クォークの崩壊かK中間子のバックグラウンドに起因するかを検証するために、影響パラメータカット ($b < 100~\mu$m) を用いる。
• 運動量の角度関係を表す変換 $\sin\theta = \sin\theta^*/[\gamma(1 + \beta\cos\theta^*)]$ を用い、$B$ の静止系におけるミュオン発生角度を実験フレームに変換し、平均的影響パラメータ $\langle b \rangle$ の推定を可能にする。
• 四体崩壊における三重積観測量を分析し、T奇・CP奇の情報を抽出する。その感受性は運動学的および角度的配置に依存する。
• 平均的な $\Delta m_s = 17.70 \pm 0.08$ ps$^{-1}$ および $\Delta\Gamma_s = 0.094 \pm 0.031$ ps$^{-1}$ を用いて、$a^{s}_{sl} = (|\Delta\Gamma_s|/\Delta m_s) \tan\phi_s$ の関係から新しい物理の制約を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された $\phi_M = -39^\circ \pm 17^\circ$ が、$\mathcal{T}_\pm$ の時間に依存する混合振動を顕著に示すか？
• RQ2 D0の二重ミュオン電荷非対称性は、$b$-クォークの崩壊に起因するのか、それともK中間子のバックグラウンド寄与が支配的か？
• RQ3 $B_{(s)} \to V_1V_2$ 崩壊における三重積観測量が、CP対称性の破れについて明確な情報を提供するのはどの程度か？
• RQ4 D0非対称性が新しい物理に与える意味は何か、特に $a^{s}_{sl}$ および $\phi_s$ の観点から。
• RQ5 隠れたセクターまたは第四世代モデルは、観測された $B_s$ 混合および崩壊の逸脱を説明できるか？

主な発見

• 更新された時間に依存する解析により、$\phi_M = -39^\circ \pm 17^\circ$、$\Delta\Gamma/\Gamma = 0.143$、11%のタグ希釘度の下でも $\mathcal{T}_\pm$ の混合振動が依然として観測可能であることが示され、標準模型を超えるCP対称性の破れが検出可能であることを支持する。
• D0の二重ミュオン非対称性 ($A_{sl}^b = -9.57 \times 10^{-3}$) は、標準模型の予測のおよそ50倍大きく、新しい物理の兆候である可能性があるが、バックグラウンドの差し引きが依然として重要である。
• $b\bar{b}$ 対の寄与を抑制し、非対称性が $b$ 崩壊かK中間子のバックグラウンドに起因するかを検証するため、$b < 100~\mu$m の影響パラメータカットを提案する。
• $B_{(s)} \to V_1V_2$ 崩壊における三重積観測量は、強い位相と弱い位相の相互作用に依存するため、特定の運動学的条件下でのみCP対称性の破れを測定可能である。
• D0非対称性と平均的な $\Delta m_s$ を用いた解析により、$\phi_s = (-67^{+18}_{-7})^\circ$ が得られ、これは $\phi_M = -39^\circ \pm 17^\circ$ の測定結果と不一致である。これは、新しい物理の兆候またはより大きな $\Delta\Gamma_s$ の可能性を示唆する。
• 隠れたセクターおよび第四世代モデルは、異常を説明する実現可能な新しい物理のシナリオであり、後者は特に $B_s$ 混合におけるフラバー変換効果を自然に説明するフレームワークを提供する。