[論文レビュー] Determination of short- and long-distance contributions in $B^{0} o K^{*0}μ^+μ^-$ decays

LHCb Collaboration, R. Aaij+1108 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、LHCbが収集した4.7 fb⁻¹のデータを用いた非ボトム解析によって、B⁰ → K*⁰μ⁺μ⁻崩壊における短距離および長距離寄与の最初の直接的決定を提示する。q²における多項式展開を用いて非局所的ハドロン的効果をモデル化し、同時にウィルスン係数C9、C10、C′₉、C′₁₀とハドロン的パラメータをフィットすることで、4つの係数をすべて考慮した場合、標準模型と1.3–1.4σの整合性を示すが、C9のみを評価した場合、やや低い整合性（1.8–1.9σ）を示す。

ABSTRACT

An amplitude analysis of the $B^0 o K^{*0} μ^+μ^-$ decay is presented. The analysis is based on data collected by the LHCb experiment from proton-proton collisions at $\sqrt{s} = 7,\,8$ and $13$ TeV, corresponding to an integrated luminosity of $4.7$ fb$^{-1}$. For the first time, Wilson coefficients and non-local hadronic contributions are accessed directly from the unbinned data, where the latter are parameterised as a function of $q^2$ with a polynomial expansion. Wilson coefficients and non-local hadronic parameters are determined under two alternative hypotheses: the first relies on experimental information alone, while the second one includes information from theoretical predictions for the non-local contributions. Both models obtain similar results for the parameters of interest. The overall level of compatibility with the Standard Model is evaluated to be between 1.8 and 1.9 standard deviations when looking at the $\mathcal{C}_9$ Wilson coefficient alone, and between 1.3 and 1.4 standard deviations when considering the full set of $\mathcal{C}_9, \, \mathcal{C}_{10}, \, \mathcal{C}_9^\prime$ and $\mathcal{C}_{10}^\prime$ Wilson coefficients. The ranges reflect the theoretical assumptions made in the analysis.

研究の動機と目的

• 実験データから理論的モデルに依存せずに、B⁰ → K*⁰μ⁺μ⁻崩壊における非局所的ハドロン的寄与を直接アクセスすること。
• 非ボトムアモルビア解析において、局所的および非局所的ハドロン行列要素と同時に、ウィルスン係数C9、C10、C′₉、C′₁₀を決定すること。
• 理論的予測と比較することで、測定されたウィルスン係数と非局所的寄与を標準模型との整合性について評価すること。
• 理論的入力を非局所的ハドロン的効果の決定に与える影響を、データのみのフィットと理論的情報を取り入れたフィットを比較することによって評価すること。

提案手法

• LHCb実験が収集した、√s = 7、8、13 TeVでのpp衝突データ4.7 fb⁻¹を用いた非ボトムアモルビア解析を実施する。
• 崩壊振幅はトレランスアモルビティを用いてパラメータ化され、K⁺π⁻最終状態におけるP波およびS波寄与を含み、K*⁰共鳴状態は相対論的ブレイト＝ウイナー形式でモデル化され、S波はLASSパラメータ化によりモデル化される。
• 非局所的ハドロン的寄与は、q²（μμ対の不変質量の二乗）における多項式展開としてパラメータ化され、係数はデータから決定される。
• 2つのフィッティング戦略が用いられる：1つは実験的データのみを用い、もう1つは最新の理論的予測を非局所的寄与に組み込んだものである。
• C7およびC′₇は、放射性B崩壊に基づき標準模型の値に固定されるが、C9、C10、C′₉、C′₁₀はフィットにおける自由パラメータである。
• 系統的不確かさは、信号およびバックグラウンドモデル、検出器効果、理論的入力（メソン半径パラメータおよびS波パラメータを含む）の変更によって評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 理論的モデルに依存せずに、B⁰ → K*⁰μ⁺μ⁻崩壊における非局所的ハドロン的寄与の直接的な実験的決定は何か？
• RQ2 非局所的ハドロン的効果を含めた場合、測定されたウィルスン係数C9、C10、C′₉、C′₁₀は標準模型の予測とどの程度一致するか？
• RQ3 非局所的寄与に関する理論的入力が、抽出されたウィルスン係数およびハドロン的パラメータの値にどの程度の影響を与えるか？
• RQ4 低q²におけるHλ(q²)/Fλ(q²)比の測定された振る舞いは、理論的予測と整合的か。特にq² = −1 GeV²/c⁴においては？

主な発見

• ウィルスン係数C9、C10、C′₉、C′₁₀を局所的および非局所的ハドロン的パラメータと同時に決定し、非局所的寄与のデータからの最初の直接抽出に成功した。
• C9、C10、C′₉、C′₁₀の全セットを考慮した場合、標準模型との整合性は1.3–1.4標準偏差であり、C9のみを評価した場合、1.8–1.9標準偏差の整合性を示す。
• q² = −1 GeV²/c⁴におけるHλ(q²)/Fλ(q²)比の実部は理論的予測と整合的であるが、虚部は予測よりも急激に上昇している。
• q² = −1 GeV²/c⁴における理論的点を制約として組み込むには、追加の多項式次数が必要であり、これはその近傍での局所的振る舞いを変えるが、フィットの質や結論に改善効果はない。
• S波パラメータ（aおよびr）の選択による系統的不確かさは無視できるほど小さく、Ref. [1]の値に変更しても結果は安定している。
• 再解釈および信頼区間の導出を目的として、ウィルスン係数およびハドロン的パラメータを含むブートストラップフィットパラメータのセットが補足資料として提供されている。