[論文レビュー] Global Bayesian Analysis of new physics in $b o s μμ$ 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 6

ひとこと要約

本稿は、LHCbおよびBelleによる最新の$R_K$および$R_{K^*}$測定を含む、2019年Moriond以降のデータを用いて、$b \to s\mu\mu$遷移における新物理のグローバルベイズ解析を提示する。95.4%信用度において、$C_9^\mu$–$C_{10}^\mu$ウィルスン係数平面で$C_9^\mu \approx -0.68$から$-0.29$の好ましい領域を特定し、$Z'$およびスカラーレプトクォークモデルなどのUV完全モデルのカップリングおよび質量を制約する。

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

• 2019年Moriond以降のLHCbおよびBelleの測定結果が、$b \to s\mu\mu$遷移における新物理のグローバルフィットに与える影響を評価すること。
• 実験的および理論的相関を完全に考慮したベイズフレームワークを用いて、新物理ウィルスン係数の信用度領域を定量化すること。
• 同一のデータセットを用いて、$Z'$ボソンおよびスカラーレプトクォークを含むさまざまなBSMモデルのベイズ因子を比較し、モデル選択を行うこと。
• 最新の$b \to s\mu\mu$データおよび$B_s$混合制約と整合するUV完全モデルにおけるBSMカップリングおよび質量スケールの予測を導出すること。
• $B_s$混合および$B \to K^{(*)}\nu\bar{\nu}$崩壊の制約を用いて、$Z'$およびレプトクォークモデルのパラメータ空間を制約すること。

提案手法

• ベイズの定理を用いて、実験的データと理論的不確実性を組み合わせ、新物理ウィルスン係数の事後確率密度を計算するベイズ的手法が用いられる。
• 尤度関数は、共分散行列$\mathcal{C}^{\textrm{exp}}$を用いて実験的相関を考慮し、$V_{cb}$をガウス的事前分布を用いたノイズパラメータとして含む。
• ウィルスン係数$C_9^\mu$、$C_{10}^\mu$、$C_9^{\prime\mu}$、$C_{10}^{\prime\mu}$は$-3$から$3$の範囲でスキャンされ、1次元および2次元パラメータ空間における周辺化事後分布が計算される。
• モデル対の比較のためのベイズ因子が計算され、同一データセットからの証拠に基づいたモデル選択が可能になる。
• UV完全モデル（ベクトル型のクォークおよびレプトンを伴う$Z'$、スカラーレプトクォーク）は有効場理論フレームワークに埋め込まれ、ウィルスン係数はUVパラメータから導出される。
• $B_s$混合および$B \to K^{(*)}\nu\bar{\nu}$崩壊からの制約が、$Z'$およびレプトクォークモデルにおける妥当なパラメータ領域を制限するために適用される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2019年Moriond以降の$LHCb$および$Belle$による$R_K$および$R_{K^*}$測定を組み込んだ後、$C_9^\mu$および$C_{10}^\mu$ウィルスン係数の更新された信用度領域は何か？
• RQ2 ベイズ的モデル比較を用いて、$Z'$およびスカラーレプトクォークモデルが$b \to s\mu\mu$異常を説明する能力をどのように比較できるか？
• RQ3 最新の$b \to s\mu\mu$データおよび$B_s$混合制約と整合する$Z'$およびレプトクォークモデルの予測される質量スケールおよびカップリング強度は何か？
• RQ4 $C_9^{\prime\mu}$および$C_{10}^{\prime\mu}$を最小2パラメータモデルと比較してフィットに含めることで、許容可能なパラメータ空間はどのように変化するか？
• RQ5 $C_9^\mu = -C_{10}^\mu$の$2\sigma$信用度領域は、新しい実験的データの組み込みに伴いどのように変化するか？また、これはレプトンフラバー普遍性の破れに何を示唆するか？

主な発見

• 95.4%信用度における$C_9^\mu = -C_{10}^\mu$の領域は$(-0.68, -0.29)$に制限され、標準模型の値（ゼロ）からの顕著な逸脱を示している。
• $C_9^{\prime\mu}$および$C_{10}^{\prime\mu}$の含めることで、特に$C_{10}^{\prime\mu}$が非ゼロのとき、$C_9^{\prime\mu} \leq 0$の領域が広がり、許容可能なパラメータ空間が拡大される。
• $Z'$モデル（ベクトル型のクォークおよびレプトンを伴う）では、$B_s$混合により$m_{Z'}/g_X$比が5 TeV未満に制限され、$\lambda_Q \sim 1$の場合、VLクォークの質量スケールは約20–30 TeVに達する。
• $L_\mu - L_\tau$ $Z'$モデルでは、$C_{10,\textrm{NP}}^\mu$の$2\sigma$領域はゼロと整合的であり、第二のベクトル型クォーク質量は上界なしに許容される。
• スカラーレプトクォークモデルでは、$2\sigma$で$\Re(\hat{Y}_{b\mu}\hat{Y}_{s\mu}^*)$の積は$0.4 \times 10^{-3}(m_{S_3}/\textrm{TeV})^2 \leq \Re(\hat{Y}_{b\mu}\hat{Y}_{s\mu}^*) \leq 1.1 \times 10^{-3}(m_{S_3}/\textrm{TeV})^2$に制限されるが、$B \to K^{(*)}\nu\bar{\nu}$崩壊からの強い制約はない。
• $C_9^\mu = -C_{10}^\mu$の$2\sigma$領域は、LHCbラン2以前に比べて狭く、$R_K$と$R_{K^*}$測定の間の緊張が増していることを示しており、事後確率密度は原点に近づいている。