[論文レビュー] Impact of $D^*$ polarization measurement on solutions to $R_D$-$R_{D^*}$ anomalies

Ashutosh Kumar Alok, Suman Kumbhakar+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 25, 2019

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、Belle共同研究の最近の$D^*$スピン分率測定を組み込んだ$b \to c\,\tau\,\bar{\ \nu}$崩壊領域を再分析し、>5σの有意水準でテンソル型新しい物理が除外されることを示した。有効な新しい物理の解を特定し、それらを区別するための6つの主要な観測量を定義し、$R_D$および$R_{D^*}$の異常における標準模型を越える物理の探索を精緻化した。

ABSTRACT

The anomalies in the flavor ratios $R_D$ and $R_{D^*}$ provide a hint of physics beyond the Standard Model. Previously it was shown that the polarization fraction of the $D^*$ meson in the $B ightarrow D^*\, au\,\bar{ u}$ decay provides a defining signature for tensor new physics. Recent measurement of this quantity by the Belle collaboration completely rules out the tensor new physics solution (at better than $5\sigma$). Here we do a re-analysis of all the data in $b ightarrow c\, au\,\bar{ u}$ sector, including the $D^*$ polarization fraction. We identify the allowed new physics solutions and the six variables needed to distinguish between them.

研究の動機と目的

• Belle共同研究による最新の$D^*$スピン分率測定を踏まえ、$R_D$および$R_{D^*}$異常に対する新しい物理の解の妥当性を再評価すること。
• スピン分率データによるテンソル相互作用の除外後も残存する新しい物理モデルを同定すること。
• 残存する妥当な新しい物理のシナリオを区別するために必要な、$b \to c\,\tau\,\bar{\ \nu}$崩壊領域における6つの主要な観測量を特定すること。

提案手法

• Belleが測定した$D^*$スピン分率を含め、$b \to c\,\tau\,\bar{\ \nu}$崩壊領域のすべての利用可能なデータに対してグローバルフィットを実行すること。
• 有効場理論の手法を用いて、崩壊振幅への新しい物理の寄与をモデル化し、主にベクトル、スカラー、テンソル相互作用に焦点を当てる。
• 新しい物理の相互作用構造に敏感な6つの運動学的および角度関係の観測量を構築すること。
• 尤度に基づく解析を用いて、有効オペレーターのウィルソン係数を制約し、$D^*$スピン分率を重要な入力として用いること。
• テンソル相互作用を含むさまざまな新しい物理モデルのフィット品質をデータと比較すること。
• 残存する妥当なモデル間を区別するために必要な最小限の観測量のセットを同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Belleの$D^*$スピン分率測定後、どの新しい物理モデルが依然として妥当なままであるか？
• RQ2 $D^*$スピン分率データの組み込みが、$b \to c\,\tau\,\bar{\ \nu}$崩壊における新しい物理の許容パラメータ空間にどのように影響するか？
• RQ3 残存する妥当な新しい物理のシナリオを区別するために十分な6つの観測量は何か？
• RQ4 なぜ新しいスピン分率データによってテンソル相互作用モデルは5σを超える有意水準で除外されるのか？
• RQ5 スピン分率測定は、$R_D$および$R_{D^*}$異常解釈にどのような意味を持つのか？

主な発見

• Belle共同研究による$D^*$スピン分率測定は、$R_D$および$R_{D^*}$異常に対するテンソル型新しい物理の解を5σを超える有意水準で除外した。
• スピン分率データを組み込んだ後、テンソル型以外の新しい物理モデル——特にベクトルおよびスカラー相互作用——のみが依然として妥当なままである。
• 本研究では、残存する妥当な新しい物理のシナリオを区別するために必要な6つの特定の観測量を同定した。
• スピン分率測定は、$b \to c\,\tau\,\bar{\ \nu}$崩壊振幅の構造を強く制約し、特定のスピン構造を持つモデルを好む。
• 今後の実験的測定が、競合する新しい物理モデルをテスト・区別するための明確なロードマップを提供した。
• 本分析は、$D^*$スピン分率が、$b \to c\,\tau\,\bar{\ \nu}$崩壊における新しい物理探索の強力な判別子であることを示した。