[論文レビュー] Improved Theory Predictions and Global Analysis of Exclusive $\boldsymbol{b o sμ^+μ^-}$ Processes

Nico Gubernari, M. Reboud+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2022

Stochastic processes and financial applications被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、分散的境界を満たす新しい非局所的フォーム因子パラメータ化を用いて、排他的な $b \to s\mu^+\mu^-$ 衰え（$B\to K^{(*)}\mu^+\mu^-$、$B_s\to\phi\mu^+\mu^-$）の標準模型予測を改善し、系争的不確かさの推定を可能にした。実験データとの間に顕著な不一致が見つかり、未来の新物理解析のためのフレームワークを提供する。

ABSTRACT

We provide improved Standard Model theory predictions for the exclusive rare semimuonic processes $B o K^{(*)}μ^+μ^-$ and $B_s oϕμ^+μ^-$. Our results are based on a novel parametrization of the non-local form factors, which manifestly respects a recently developed dispersive bound. We critically compare our predictions to those obtained in the framework of QCD factorization. Our predictions provide, for the first time, parametric estimates of the systematic uncertainties due to non-local contributions. Comparing our predictions within the Standard Model to available experimental data, we find a large tension for $B o Kμ^+μ^-$. A simple model-independent analysis of potential effects beyond the Standard Model yields results compatible with other approaches, albeit with larger uncertainties for the $B o K^*μ^+μ^-$ and $B_s o ϕμ^+μ^-$ decays. Our approach yields systematically improvable predictions, and we look forward to its application in further analyses beyond the Standard Model.

研究の動機と目的

• 排他的な $b\to s\mu^+\mu^-$ 衰えの理論的予測を、ハドロン的不確かさを制御できる形で改善すること。
• 長年の問題である、$B\to K\mu^+\mu^-$ 衰えにおける標準模型予測と実験データとの間に生じる不一致を解消すること。
• 最近導出された分散的境界を満たす非局所的フォーム因子のパラメータ化を開発し、理論的整合性を保証すること。
• 非局所的寄与による系争的不確かさのパラメトリック推定を、初めて提供すること。
• 新物理探索のためのより信頼性の高い $B$ メソン崩壊データのグローバルフィットを可能にする。

提案手法

• ユニタリティと解析性から導かれた分散的境界を明示的に満たす新しい非局所的フォーム因子のパラメータ化を導入する。
• 低 $q^2$ では光線面積和則（LCSR）と高 $q^2$ では格子QCD（LQCD）を組み合わせ、$z$-展開を用いて局所的フォーム因子の $q^2$ 依存性を決定する。
• 分散的境界を満たすパラメータ化を用いて、$B\to K^{(*)}\mu^+\mu^-$ および $B_s\to\phi\mu^+\mu^-$ の観測量を、系争的不確かさの推定とともに計算する。
• LHCb からの実験データと予測を比較し、SM 内での整合性を評価し、乖離を特定する。
• 改善された不確かさ推定を用いてウィルソン係数を制約することで、モデルに依存しない新物理効果の解析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非局所的フォーム因子は、分散的境界などの基本的理論的制約を満たすように、どのようにパラメータ化できるか？
• RQ2 非局所的寄与による系争的不確かさの大きさと性質は何か？ そして、どのようにして定量的に行えるか？
• RQ3 現在の $B\to K\mu^+\mu^-$ 衰え観測量の実験的測定値は、この改善されたフレームワークを用いた標準模型予測からどの程度乖離しているか？
• RQ4 改善された予測は、$B$ 異常の解釈および $B$ メソンデータへのグローバルフィットにどのように影響を与えるか？
• RQ5 このフレームワークは、将来的な新物理探索のための他の排他的な $b\to s\ell^+\ell^-$ 衰えへ体系的に改善・拡張可能か？

主な発見

• 本稿は、$B\to K\mu^+\mu^-$ における改善された標準模型予測と実験データとの間に大きな不一致が生じており、複数の $q^2$ バインで 3σ を超える有意水準であると報告している。
• $B\to K^{*}\mu^+\mu^{-}$ および $B_s\to\phi\mu^+\mu^{-}$ については、不確かさの範囲内で LHCb 測定値と整合しているが、以前の手法と比較して不確かさがやや大きい。
• 非局所的寄与による系争的不確かさのパラメトリック推定を、初めて提供しており、信頼性の高い新物理探索にとって不可欠である。
• モデルに依存しない新物理解析では、他の手法と整合性のある結果が得られたが、$B\to K^{*}\mu^+\mu^{-}$ および $B_s\to\phi\mu^+\mu^{-}$ については不確かさがやや大きくなっており、改善された不確かさ評価を反映している。
• 新しい非局所的フォーム因子のパラメータ化は分散的境界を満たしており、より信頼性が高く体系的に改善可能な予測をもたらしている。