[論文レビュー] Lessons for new physics from CKM studies

Jack Laiho, Enrico Lunghi+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 18, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、最新の実験的および格子QCDの入力を用いてCKMユニタリティ三角形のグローバルフィットを実施し、標準模型と整合しない約3σの不一致を明らかにした。この不一致は、B混合またはB→τν崩壊における新しい物理が最も強く説明され、新しい物理のスケールは数100GeV程度が好まれる。

ABSTRACT

We perform a global fit to the CKM unitarity triangle using the latest experimental and theoretical constraints. We present results for three different sets of constraints: the standard inputs used by CKMfitter and UTFit, the standard inputs minus |Vub|, and the standard inputs minus both |Vub| and |Vcb|. For the required nonperturbative weak matrix elements, we use three-flavor lattice QCD averages from www.latticeaverages.org; these have been updated to reflect all available lattice calculations as of the "End of 2010". Given current theoretical and experimental inputs, we observe an approximately 3σ tension in the CKM unitarity triangle that can be interpreted as sign of physics beyond the standard model in the flavor sector. Using a model-independent parameterization of new physics effects, we test the compatibility of new physics in kaon mixing, in B-mixing, or in B ightarrow τ ν decay with the current data. Although the tension could be accommodated with each hypothesis, the scenarios with new physics in B-mixing or, to a lesser extent, in B ightarrow τ ν decay are strongly preferred. Finally, we interpret these results in terms contributions to ΔS = 2 and ΔB = 2 four-fermion operators. We find that the preferred scale of new physics (with Standard Model like couplings) is in the few hundred GeV range.

研究の動機と目的

• 最新の実験的および格子QCDの入力を用いて、独立したCKM行列要素の決定値の間に生じる不一致を定量化すること。
• モデルに依存しない枠組みにおいて、K混合、B混合、またはB→τν崩壊における新しい物理が現在のデータと整合するかを検証すること。
• ΔS=2およびΔB=2のフェルミオン四効果項に対する制約を分析することで、フレーバー系における新しい物理の最も可能性の高い源を特定すること。
• 観測されたCKMユニタリティ三角形の不一致と整合する新しい物理の好まれるエネルギースケールを特定すること。
• 2010年末までに入手可能なすべての三フレーバー結果を用いて、非摂動的行列要素の格子QCD平均を更新すること。

提案手法

• 標準的入力、|V_ub|を除いた入力、および|V_ub|と|V_cb|の両方を除いた入力の3セットを用いて、CKMユニタリティ三角形のグローバルフィットを実施する。
• www.latticeaverages.org から入手可能な最新の三フレーバー格子QCD平均を用い、2010年末までに入手可能なすべての結果を統合する。
• 新しい物理の効果を、ΔS=2およびΔB=2のフェルミオン四効果項へのモデルに依存しない寄与項としてパラメータライズする。
• 相関を最小限に抑えるために、非相関の格子入力（f_Bs√B̂_s、ξ、B̂_d）を用いてユニタリティ三角形の制約を構築する。
• |V_cb|および|V_ub|の平均値の誤差を、自由度あたりのカイ二乗の平方根で拡張することで、包含的・排出的決定の差異を補正する。
• ε_K、ΔM_Bd、ΔM_Bs、S_ψK、BR(B→τν)、およびCP非対称性を含む実験的測定値と、グローバルフィットの予測を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型で説明できない統計的に有意な不一致がCKMユニタリティ三角形に存在するか？
• RQ2 K混合、B混合、B→τν崩壊のうち、どの新しい物理のシナリオが観測された不一致を最もよく説明するか？
• RQ3 CKMユニタリティ三角形の不一致を解消できる新しい物理の好まれるエネルギースケールは何か？
• RQ4 更新された格子QCD平均はユニタリティ三角形の不一致の解釈にどのように影響するか？
• RQ5 |V_cb|および|V_ub|の包含的決定と排出的決定の差異が、モデルの不確実性を補正しない場合、グローバルフィットにどの程度影響を及ぼすか？

主な発見

• 最新の実験的および格子QCDの入力を用いたCKMユニタリティ三角形のフィットにおいて、約3σの不一致が観測された。
• この不一致は、B混合における新しい物理の寄与によって最も強く説明され、B→τν崩壊の寄与も標準模型を上回る有意な改善をもたらす。
• グローバルフィットの尤度に基づくと、K混合における新しい物理はB混合やB→τν崩壊に比べて劣る。
• 標準模型に類似した結合を持つ新しい物理の好まれるスケールは、数100GeVの範囲にある。
• f_Bs√B̂_s、ξ、B̂_dの更新された三フレーバー格子QCD平均の組み込みにより、相関が低減され、ユニタリティ三角形の制約の精度が向上した。
• モデルの不確実性を補正しない場合、|V_ub|の包含的決定と排出的決定の差異は3.3σにまで上昇し、観測された不一致に大きく寄与している。