[論文レビュー] Charming Penguins and Lepton Universality Violation in $b o s \ell^+ \ell^-$ decays

M. Ciuchini, Marco Fedele+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2021

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、データ駆動型のcharmループ（チャーミング・ペンギン）貢献を用いて、b → sℓ⁺ℓ⁻崩壊におけるレプトン普遍性の破れ（LUV）を調査する。LHCbのB → K(⁎)ℓ⁺ℓ⁻崩壊データを分析することで、現在のデータはチャーミング・ペンギン振幅におけるq²およびスピン依存性を示唆しており、ニュートリノ普遍性モデルにおける左巻きまたは軸性レプトン結合が、ベクトル型のものよりも支持を受ける。特に、信頼性の高いNP推論には、保存的なハドロン的不確実性が不可欠である。

ABSTRACT

The LHCb experiment has recently presented new results on Lepton Universality Violation (LUV) in $B ightarrow K^{(*)} \ell ^+ \ell ^-$ decays involving $K_S$ in the final state, which strengthen the recent evidence of LUV obtained in $B^+ ightarrow K^{+} \ell ^+ \ell ^-$ decays and the previous measurements of $B ightarrow K^{*0} \ell ^+ \ell ^-$. While LUV observables in the Standard Model are theoretically clean, their predictions in New Physics scenarios are sensitive to the details of the hadronic dynamics, and in particular of the charming penguin contribution. In this work, we show how a conservative treatment of hadronic uncertainties is crucial not only to assess the significance of deviations from the Standard Model but also to obtain a conservative picture of the New Physics responsible for LUV. Adopting a very general parameterization of charming penguins, we find that: (i) current data hint at a sizable $q^2$ and helicity dependence of charm loop amplitudes; (ii) conservative NP solutions to B anomalies favour a left-handed or an axial lepton coupling rather than a vector one.

研究の動機と目的

• . 現在のLHCbのb → sℓ⁺ℓ⁻崩壊データが、チャーミング・ペンギン振幅に非自明なq²およびスピン依存性を示すかどうかを評価すること。
• . ハドロン的不確実性（特にcharmループ行列要素から生じるもの）が、レプトン普遍性の破れにおけるニュートリノ普遍性（NP）の推論にどのように影響するかを特定すること。
• . データ駆動型およびモデル依存型のチャーミング・ペンギン貢献のパラメータ化を比較し、NPシナリオ選定に与える影響を評価すること。
• . RKおよびRK*測定における矛盾を踏まえ、LUVデータと整合する最も保守的かつ頑健なNPシナリオを同定すること。
• . 今後のLHCおよびBelle IIの高精度データを、LUVのNP起源の観点から解釈するためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• . チャーミング・ループに起因する非因子化QCD高次補正を、q²およびスピンに依存する一般化されたパラメータ化を用いて表現する。
• . LHCbのB → K(⁎)ℓ⁺ℓ⁻崩壊に関する実験的データ（微分分岐比および角度分布）を用いる。
• . 短距離NPウィルスン係数と長距離チャーミング・ペンギン貢献を同時に制約するためのグローバルフィットを実施する。
• . 3つのアプローチを比較する：データ駆動型（非パラメトリック）、モデル依存型（参考文献[34]に基づく）、およびモデル依存型（参考文献[67]に基づく）のチャーミング・ペンギン行列要素。
• . ベイズ推論を用いて、各仮定下でのNP係数の事後確率密度関数（p.d.f.）を計算する。
• . 情報基準（IC）および事後確率等高線を用いて、NPの有意性を評価し、モデルがデータとどの程度整合するかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . 現在のb → sℓ⁺ℓ⁻崩壊データは、チャーミング・ペンギン振幅に非自明なq²およびスピン依存性を示しているか？
• RQ2 . ハドロン的不確実性（特にチャーミング・ペンギン貢献）の取り扱い方の違いが、推論されるニュートリノ普遍性（NP）シナリオにどのように影響するか？
• RQ3 . 保守的なハドロン的モデリングのもとで、b → sℓ⁺ℓ⁻崩壊におけるLUVを説明するためのNP構造（例：ベクトル型、軸性、左巻き）のうち、どの構造が好まれるか？
• RQ4 . チャーミング・ペンギン振幅のパラメータ化の選択に依存して、結果はどのように変化するか？
• RQ5 . 保守的なハドロン的不確実性推定のもとで、現在のデータが最も強く支持するNPシナリオ（例：C9、C10、またはCLQ2223の非ゼロ）はどれか？

主な発見

• . 現在のデータは、チャーミング・ペンギン振幅にq²およびスピン依存性が存在する顕著な兆候を示しており、局所的行列要素を超える顕著な長距離効果が存在することを示唆している。
• . 保守的なNP解は、ベクトル型結合（CNP9）よりも左巻きまたは軸性レプトン結合（CNP10またはCLQ2223の非ゼロ）を支持しており、後者はハドロン的制約によって不利益を被っている。
• . データ駆動型アプローチでは、CNP10が非ゼロの場合、SMと比較して∆IC = 34であり、CLQ2223では∆IC = 33であるため、これらのシナリオに対する強い支持が得られた。
• . 参考文献[67]に基づくモデル依存型アプローチでは、4つの非ゼロ係数を持つより複雑なNPシナリオ（ΔIC = 98）が支持されるが、CNP9のみの単純なシナリオ（ΔIC = 88）も妥当である。
• . 事後確率分布では、データ駆動型手法ではCNP9のp.d.f.がゼロと整合的である一方、参考文献[34]に基づくモデル依存型手法では、CNP9が非ゼロであるわずかな傾向が見られた。
• . チャーミング・ペンギンのパラメータ化の選択が、NP推論に顕著な影響を及ぼしており、極端なケースでは完全に軸性から完全にベクトル型のNP結合まで変化する。これは、正確なハドロン的モデリングの重要性を強調している。