[論文レビュー] Global Bayesian Analysis of new physics in $b o s \mu\mu$ transitions after Moriond-2019

Dinesh Kumar, Kamila Kowalska+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、モリオンド2019以降に更新されたLHCbおよびBelleのR_KおよびR_K*に関するデータを用いて、b → sμμ遷移における新しい物理のグローバルベイジアン解析を提示する。C_μ^9およびC_μ^10のウィルソン係数において、新しい物理の傾向が強く示唆されており、95%信頼区間（2σ）はC_μ^9 = -C_μ^10 ∈ (-0.68, -0.29)に集中している。さらに、Z′やスカラー留数クォークといったUV完全なモデルを評価し、フラーバーおよび混合制約と整合する質量および結合定数の範囲を予測している。

ABSTRACT

The recent measurement of $R_K$ at LHCb continues to support the hint of violation of lepton flavor universality. We perform a global fit for new physics in semileptonic $b o s$ transitions using all the relevant data with a Bayesian analysis technique. We include new measurements of $R_K$ at LHCb and new determinations of $R_{K^*}$ and $R_{K^{*+}}$ at Belle. We perform the scan for various NP scenarios and infer the 68\% and 95.4\% credibility regions of the marginalized posterior probability density for all scenarios. We also compare the models in pairs by calculating the Bayes factor given a common data set. A few well-known BSM models are analyzed that can provide a high energy framework for the EFT analysis. These include the exchange of a heavy $Z^{'}$ boson in models with heavy vector-like fermions and a scalar field, and a model with scalar leptoquarks. We provide predictions for the BSM couplings and expected mass values.

研究の動機と目的

• 最新のR_KおよびR_K*に関する実験データを用いて、半レプトン的b → sμμ遷移における新しい物理のグローバルベイジアンフィットを実行すること。
• モデルに依存しない有効場理論フレームワークにおいて、ウィルソン係数C_μ^9およびC_μ^10の信頼区間を定量化すること。
• Z′モデル（ベクトル型フェルミオンを伴う）およびスカラー留数クォークといった特定のUV完全なBSMモデルの妥当性を、データの制約のもとで評価すること。
• 共通のデータセットを用いてベイズ因子を計算し、ペairワイズのモデル比較を実施し、BSM結合定数および質量の予測を行うこと。
• 新しいLHCbおよびBelleの測定結果が、NPパラメータの事後分布およびモデル制約に与える影響を評価すること。

提案手法

• ベイズの定理を用いて、実験データdが与えられたもとでのNPモデルパラメータmの事後確率密度p(m|d)を計算するベイジアン推論を採用する。
• 実験的および理論的不確実性（共分散行列C_expを介した相関を含む）を考慮した多変量正規分布尤度関数を用いる。
• CKM行列要素V_cbを、PDG値とその不確実性を中心とするガウス事前分布として取り扱うノイズパラメータとみなす。
• NPウィルソン係数C_μ^9, C_μ^10, C′_μ^9, C′_μ^10を[-3, 3]の範囲でスキャンし、パラメータ空間全体を探索する。
• 2次元平面（例：C_μ^9 vs. C_μ^10）における事後分布のマージナライズドスキャンを実施し、68%および95.4%の信頼区間を可視化する。
• 共通のデータセットを用いて、各BSMシナリオの相対的証拠を評価するため、ベイズ因子を用いたモデル比較を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新のR_KおよびR_K*測定値に基づき、モデル仮定なしにウィルソン係数C_μ^9およびC_μ^10の事後信頼区間はどのようになるか？
• RQ2 新しいLHCbおよびBelleのデータは、事後分布およびR_KとR_K*の間の緊張度にどのように影響を与えるか？
• RQ3 Z′（ベクトル型フェルミオンを伴う）モデル、スカラー留数クォーク、Lμ−Lτ拡張といった、どのUV完全なBSMモデルが標準模型からの観測されたずれを最もよく説明できるか？
• RQ4 B_s混合制約と整合する、妥当なZ′およびリプトクォークモデルの予測される質量スケールおよび結合強度は何か？
• RQ5 C′_μ^9およびC′_μ^10といった追加のウィルソン係数をフィットに含めた場合、NPパラメータの2σ信頼区間はどのように変化するか？

主な発見

• C_μ^9 = -C_μ^10の2σ信頼区間は(-0.68, -0.29)に制限されており、C_μ^9が負で、C_μ^10が正であることが強く支持されている。
• 新しいLHCbおよびBelleのデータの組み込みにより、事後分布の不確実性が低下し、2σ領域が原点に近づき、R_KとR_K*の間の緊張度が軽減された。
• 4パラメータスキャン（C_μ^9, C_μ^10, C′_μ^9, C′_μ^10）において、C_μ^9の大きな負の値が好まれるが、C′_μ^10の影響によりC′_μ^9 ≤ 0も許容される。
• Z′モデル（モデル2）では、λQ ~ 1の場合、ベクトル型クォーク質量スケールMQ/λQは20–30 TeVの範囲に位置するが、B_s混合制約によりm_Z′/g_Xは5 TeV未満に制限される。
• スカラー留数クォークモデルでは、2σでY_bμ Y_sμ*の積が[0.4×10⁻³, 1.1×10⁻³] × (m_S3/TeV)²の範囲に位置することが予測される。B → K(∗)νν崩壊からの制約は強くない。
• モデル1およびモデル2におけるC′_μ^9およびC′_μ^10の2σ領域は上界に制限がないため、これらの係数は不確実性の範囲内でゼロと整合的である。