[論文レビュー] Correlating new physics signals in $B o D^{(*)} au u_{ au}$ with $B o au u_{ au}$

Soumitra Nandi, Amarjit Soni+1 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 19被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、半レプトン的 B→D(∗)τν および完全レプトン的 B→τν 衰えの間の相関をとることで、τ レプトンの同定による系統誤差を低減する新しい観測量 Rτ(D(∗)) = R(D(∗))/B(B→τντ) を提案する。BABAR および Belle のデータにおいて、この比は標準模型と整合的であることが判明し、R(D(∗)) における新しい物理の信号が実験的誤差によって隠蔽されている可能性を示唆するとともに、2HDM-II などのモデルを検証するためには B(B→τντ) の高精度測定が不可欠であることを強調している。

ABSTRACT

Semileptonic and purely leptonic decays of B meson to $ au$, such as $B o D^{(\ast)} au u_{ au}$ and $B o au u_ au$ are studied. Recognizing that there already were some weak hints of possible deviations from the SM in the measurements of $\mathcal{B}(B o au u_ au)$ by \Babar~and Belle and the fact that detection of the $ au$ also occurs in the measurements of $B o D^{(\ast)} au u_{ au}$, we stress the importance of joint studies of these processes, whenever possible. For this purpose, as an illustration, we introduce the observable, $\mathcal{R}(D^{(*)})/\mathcal{B}(B o au u_ au)$ where, for one thing, the unknown systematics due to $ au$ identification are expected to largely cancel. We show that all measurements of this observable are consistent with the existing data, within somewhat largish experimental errors, with the predictions of the SM. We stress that precise experimental measurement and comparison with theory of the branching ratio for $B o au u_ au$ is extremely important for a reliable search of new physics. Furthermore, in view of the anticipated improved precision in experiments in the next few years, in addition to $\mathcal{R}(D^{(*)})$, host of other ratios analogous to $\mathcal{R}(D^{(*)})/\mathcal{B}(B o au u_{ au})$ in the SM are suggested for lattice calculations as well, so that for more stringent tests of the SM, correlations in lattice calculations can be properly taken into account to enhance precision.

研究の動機と目的

• τ レプトン同定による系統誤差を低減するため、R(D(∗)) を B(B→τντ) と相関付けること。
• 統合観測量を用いて、R(D(∗)) における新しい物理の信号が標準模型と整合的かどうかを検証すること。
• 信頼性の高い新しい物理探索のため、B(B→τντ) の高精度実験的測定の極めて重要な役割を強調すること。
• 将来の格子 QCD 計算において類似比（例：Rτ(π), Rτ(M∗)）を検討し、相関を適切に扱い、精度を向上させることを提言すること。

提案手法

• Rτ(D(∗)) = R(D(∗))/B(B→τντ) という新しい観測量を導入。ここで R(D(∗)) は、B→D(∗)τν と B→D(∗)lν の分岐比の比である。
• BABAR、Belle、LHCb の実験データを用いて Rτ(D(∗)) を評価し、標準模型の予測と比較する。
• τ 検出の系統誤差がどのようにキャンセルされるかを検証するモデルに依存しない解析を実施する。
• 2HDM-II が Rτ(D(∗)) に与える影響を分析し、NP 捐贈が比において相殺される可能性を示す。
• 将来の格子計算のため、他の半レプトン的衰え（例：B→πτν, B→ρτν）における類似比を提案する。
• Rτ(D(∗)) を用いた 2HDM-II パラメータ空間の制約を評価し、B(B→τντ) の測定のみによる制約と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Rτ(D(∗)) は、B 衰えにおける τ レプトン同定の系統誤差を低減できるか？
• RQ2 B(B→τντ) 測定と組み合わせた場合、R(D(∗)) の観測された標準模型からのずれは、標準模型と整合的か？
• RQ3 新しい物理寄与は Rτ(D(∗)) においてどの程度キャンセルされるのか？ これは 2HDM-II の制約にどのように影響するか？
• RQ4 将来の B(B→τντ) の高精度測定は、半レプトン的 B 衰えにおける新しい物理の感度をどの程度向上させるか？
• RQ5 格子 QCD は、Rτ(D(∗)) のような相関のある比を計算することで、将来の標準模型の検証における精度をどのように向上させられるか？

主な発見

• 実験的誤差の範囲内で、観測量 Rτ(D(∗)) は標準模型と整合的であることが判明したが、BABAR が報告した R(D(∗)) の顕著なずれとは対照的である。
• B(B→τντ) の大きな実験的不確かさが、現在のところ潜在的な新しい物理寄与を隠蔽しているため、この分岐比の高精度測定が不可欠であることが示唆された。
• MH > 500 GeV かつ tanβ < 25 の領域では、Rτ(D(∗)) によって 2HDM-II のパラメータ空間が除外されないことが判明し、以前の BABAR の除外結果とは矛盾する。
• B(B→τντ) からの tanβ の制約は、Rτ(D(∗)) からのものと同等の大きさであることが判明し、B(B→τντ) が新しい物理の強力なプローブであることが示された。
• B(B→πτν)/B(B→τντ) の比は、現在の上限のため未制約のままだが、将来的な高精度測定により感度が向上する可能性がある。
• 類似比（例：Rτ(π), Rτ(M∗)）の格子計算を推奨する。これにより、相関を適切に扱い、将来の標準模型検証における精度を向上させることができる。