[論文レビュー] Inclusive B -> X_s l^+ l^-: Complete angular analysis and a thorough study of collinear photons

Tobias Huber, Tobias Hurth+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 16, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 15

ひとこと要約

本稿は、次-leading-order QED補正および特徴的な光子の詳細な研究を含め、包含的 B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻ 衰えの完全な角度解析を提示する。全NNLO QCD、NLO QED、および補正項を含めた標準模型予測を、すべての角度観測量について得ており、純粋なQCDでは消えるがQEDに敏感な新たな観測量を特定し、Belle IIにおける新物理の明確なプローブを提供する。

ABSTRACT

We investigate logarithmically enhanced electromagnetic corrections of all angular observables in inclusive B -> X_s l^+ l^-. We present analytical results, which are supplemented by a dedicated Monte Carlo study on the treatment of collinear photons in order to determine the size of the electromagnetic logarithms. We then give the Standard Model predictions of all observables, considering all available NNLO QCD, NLO QED and power corrections, and investigate their sensitivity to New Physics. Since the structure of the double differential decay rate is modified in the presence of QED corrections, we also propose new observables which vanish if only QCD corrections are taken into account. Moreover, we study the experimental sensitivity to these new observables at Belle II.

研究の動機と目的

• 対数的QED補正を含めた包含的 B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻ 衰えの包括的理論枠組みを提供すること。
• 専用のモンテカルロシミュレーションを用いて、共線的光子が角度観測量に与える影響を定量化すること。
• NNLO QCD、NLO QED、および補正項を含めた、すべての角度観測量に対する正確な標準模型予測を導出すること。
• QED補正が存在しない場合に消える新たな角度観測量を特定し、新物理の明確なシグネチャとすること。
• Belle II実験におけるこれらの新観測量の実験的感度を評価すること。

提案手法

• QED補正が存在する状況下での二重微分衰え率の完全な角度分解を実行する。
• 局所的オペレータ積分展開（OPE）を用いた効果的場理論的手法を用い、QCDおよびQED補正を体系的に組み込む。
• 共線的光子が角度観測量に与える効果をモデル化・定量化するためのモンテカルロシミュレーションを実装する。
• すべての角度観測量をNLO QEDおよびNNLO QCDの精度で計算し、1/m_b²の補正項も含む。
• 低・高q²領域の両方において、分岐比および角度観測量の解析的表現を導出する。
• 純粋なQCDでは消えるがQED補正に感受性を示す新たな観測量を提案し、新物理の明確なテストを可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QED補正は包含的 B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻ 衰えの角度分布にどのように影響するか？
• RQ2 この崩壊モードにおける共線的光子の影響は、角度観測量に定量的にどのように現れるか？
• RQ3 どの新たな角度観測量がQED補正に感受性を示し、新物理のプローブとして機能するか？
• RQ4 全NNLO QCDおよびNLO QED補正は、分岐比および角度観測量の理論的予測にどのように影響するか？
• RQ5 Belle IIにおいて、新たなQED感受性観測量の期待される実験的感度はどの程度か？

主な発見

• NLO QED補正の取り入れにより、二重微分衰え率の構造が変化し、純粋なQCDには存在しない新たな角度依存性が導入される。
• 本稿では、QED補正が存在しない場合に消える新たな角度観測量を特定し、標準模型を超えた新物理の明確なシグネチャを提供する。
• モンテカルロシミュレーションにより、共線的光子効果が顕著であり、包含的崩壊モードにおける精度予測には不可欠であることが確認された。
• 低・高dilepton質量領域における分岐比の理論的予測を、全NNLO QCDおよびNLO QED補正を含めて提示した：B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻(low) ≈ (1.58 ± 0.37)×10⁻⁶ および B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻(high) ≈ (0.48 ± 0.10)×10⁻⁶。
• LHCbが測定した R_K は標準模型から2.6σのずれを示しており、包含的モードはこのような異常値の理論的に明確な検証を可能にする。
• 電子およびミュオン最終状態の両方において、分岐比および角度観測量の明示的な解析的表現を、ウィルソン係数の実部および虚部を含めて提供した。