[論文レビュー] Direct comparison of global fits to the B ->$ K^* $$μ^+μ^-$ data assuming hadronic corrections or new physics

S. Neshatpour, V.G. Chobanova+3 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、$B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ の角度観測量における異常要因としての新しい物理学（NP）とハドロン的補正の統計的比較を実施している。LHCbのデータに全域フィットを適用した結果、NP効果——特に $C_9$ ワイラー係数に $-0.97$ のシフト——が、ハドロン補正よりも顕著に優れたフィットを示し、標準模型（SM）と比較して $1.5\sigma$ の改善を達成した。一方、ハドロン補正はフィットを顕著に改善せず、NPが妥当な説明であることを支持する。

ABSTRACT

The LHCb measurements on the B ->$ K^*$$μ^+ μ^-$ angular observables have shown slight deviations from their Standard Model predictions. The significance of the deviations in the B -> $K^*$$μ^+ μ^-$ decay depends on the assumptions on the size of the non-factorisable power corrections. At present, there are no theoretical predictions on the size of these power corrections in order to identify whether the reason behind these anomalies is due to unknown hadronic corrections or New Physics effects. We have performed a statistical comparison of fitting the data to each of the possible explanations.

研究の動機と目的

• LHCbによる $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 角度観測量の測定値と標準模型（SM）予測との間に生じる矛盾を解消すること。
• 観測された異常が未知のハドロン的パワー補正に起因するのか、それとも新しい物理学（NP）効果に起因するのかを特定すること。
• 実験データを用いて、ウィラー係数によるNPフィットと非可分解パワー補正によるハドロン補正フィットを直接統計的に比較すること。
• 理論的不確実性、特に $\Lambda/m_b$ パワー補正を考慮した上で、NPとハドロン補正の重要性を評価すること。
• 将来の高出力LHCデータが、NPシナリオを決定的に除外できるかどうかを評価すること。

提案手法

• MINUITを用いた $B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ データへの全域フィット。$q^2 < 8\,\text{GeV}^2$ のCP平均観測量を含む。
• 2つのシナリオの比較：(1) 複素数の $C_9$ および $C_7$ ウィラー係数によるNP（自由パラメータ2つ）、(2) 複素数の $h_{\lambda}^{(0,1,2)}$ 関数によるハドロン的パワー補正（自由パラメータ18個）。
• 有効ハミルトニアン形式を用いてハドロン的および半レプトン的寄与を分離し、$C_9^{\rm eff}$ を主要な観測量とする。
• ネストドモデル比較のための $p$-値および有意水準を計算するためにウィルクスの定理を適用。
• フォーム因子および $C_9^{\rm eff}(q^2)$ の理論的予測には SuperIso v3.6 を使用。$\Delta C_9^{\lambda,\rm{PC}}$ は $h_\lambda(q^2)/\tilde{V}_\lambda(q^2)$ により定義される。
• フィットには $q^2$-依存の $C_9^{\rm eff}$ シフトを組み込み、NPとハドロン補正の効果が $P_5'$ 異常に与える影響を直接比較可能とした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $C_9$ ワイラー係数における新しい物理学効果が、$B\to K^{*}\mu^{+}\mu^{-}$ 衰えにおける $P_5'$ 異常を説明できるか？
• RQ2 非可分解的 $\Lambda/m_b$ 補正を含むハドロン的パワー補正が、新しい物理学よりもデータに適したフィットを提供するか？
• RQ3 ハドロン的不確実性を考慮した場合、$P_5'$ における観測された $3.7\sigma$ の乖離が、SM予測と統計的に区別可能か？
• RQ4 $C_9$ NP 効果が、すべてのスピン状態にわたるハドロン的パワー補正の組み合わせによって模倣可能か？
• RQ5 将来の高出力LHCデータが、NPとハドロン補正の説明の統計的有意水準にどのように影響を与えるか？

主な発見

• NPフィットにおいて $C_9$ に $-0.97$ のシフトを仮定した場合、SMと比較して $1.5\sigma$ の有意なフィット改善が得られ、$p$-値は $0.13$ であった。
• ハドロン補正フィットは自由パラメータが16個多いにもかかわらず、NPシナリオと比較して僅か $0.76\sigma$ のフィット改善に留まり、$p$-値は $0.45$ であった。
• SMと比較したハドロン補正フィットの $p$-値は $6.1\times10^{-3}$（$2.7\sigma$）であり、やや緊張があるが顕著な改善ではない。
• $\delta C_9$ NP シナリオは、後続のフィットが $\chi^2$ を顕著に低下させないため、ハドロン補正フィットよりも統計的に好ましい。
• ハドロン補正は $1\sigma$ の範囲内で主にゼロに近い値であり、現在のデータでは非ゼロのパワー補正の強い証拠はない。
• 将来のデータで誤差を10倍小さくできると、NPシナリオは $34\sigma$ の有意水準で除外可能となる可能性があり、高精度測定の重要性を示している。