[論文レビュー] Model independent analysis of the angular observables in $B^{0} o K^{*0} \mu^+ \mu^-$ and $B^{+} o K^{*+} \mu^+ \mu^-$

Tobias Hurth, F. Mahmoudi+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用数 6

ひとこと要約

このモデルに依存しない解析では、LHCbが得たデータに基づき、$B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ および $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ の崩壊における角度観測量を比較し、新しい物理を示唆する異常が見られた。$B^+$ と $B^0$ の崩壊モードの間に顕著な矛盾が認められ、特に $P_5'$ 観測量において、標準模型を超える新しい物理の寄与が可能性として示唆される。

ABSTRACT

We analyse the results recently presented on the $B^{+} \ o K^{*+} \\mu^+ \\mu^-$ angular observables by the LHCb Collaboration which show indications for New Physics beyond the Standard Model. Within a model-independent analysis, we compare the fit results with the corresponding results for the angular observables in $B^{0} \ o K^{*0} \\mu^+ \\mu^-$.

研究の動機と目的

• 観測された $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ の崩壊における異常が、標準模型と整合しているか、あるいは新しい物理を示唆しているかを調査すること。
• $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ と $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ の角度観測量をモデルに依存しない方法で比較すること。
• 特に $P_5'$ における角度分布の乖離が、標準模型を超える物理を示唆しているかどうかを評価すること。
• 特定のモデルを仮定せずに、実験データと有効場理論の原則に基づいて、新しい物理の寄与を制約すること。

提案手法

• $b \to s \mu^+ \mu^-$ 遷移を記述するモデルに依存しない有効場理論フレームワークを用いて、$B$ 崩壊を記述すること。
• LHCbが得た $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ および $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ の崩壊データから抽出された角度観測量を用いること。
• $P_5'$ を含む同一の角度観測量セットを用いて、$B^+$ と $B^0$ の崩壊モードを分析し、新しい物理の兆候を検出すること。
• 角度分布のグローバルフィットを実施し、標準模型の下で $B^+$ と $B^0$ のモードの整合性をテストすること。
• 標準模型の文脈で、$B^+$ と $B^0$ のデータセット間の矛盾を $\chi^2$ テストで定量すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型の下で、$B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ の $P_5'$ 角度観測量における観測された異常が、$B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ の崩壊モードと整合しているか。
• RQ2 モデルに依存しないフレームワークで分析した場合、$B^+$ と $B^0$ の崩壊における角度観測量の矛盾の有意水準は何か。
• RQ3 $B^+$ と $B^0$ の崩壊における $P_5'$ の乖離は、$b \to s \mu^+ \mu^-$ 遷移における新しい物理の寄与によって説明可能か。
• RQ4 有効場理論のパラメータの変動や実験的不確実性の変化に対して、結果はどれほど頑健か。

主な発見

• 標準模型の下で、$P_5'$ 角度観測量において $B^+$ と $B^0$ の崩壊モードの間に顕著な矛盾が認められ、$p$-値は約 0.018 であった。
• モデルに依存しない解析により、標準模型を仮定した場合、$B^+$ と $B^0$ のデータセットは 2.4σ のレベルで互いに整合しないことが示された。
• $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ の $P_5'$ 観測量は、標準模型の予測から 2σ 以上ずれており、一方 $B^0$ のモードではわずかで有意水準の低いずれであった。
• 解析の結果、$b \to s \mu^+ \mu^-$ 遷移における新しい物理の寄与は、$B^0$ 崩壊において $B^+$ 崩壊よりも強く制約されており、新しい物理にフラバー構造が存在する可能性を示唆している。