[論文レビュー] New physics correlations in rare decays

David M. Straub|arXiv (Cornell University)|Dec 17, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 14被引用数 22

ひとこと要約

この論文は、標準模型を超える新しい物理（NP）のヘリシティおよびフラバー構造を特定するために、レアなBおよびK崩壊の相関を調査する。有効場理論におけるウィルソン係数を分析することで、$B\to K^{*} u\bar{\nu}$および$B\to K\nu\bar{\nu}$崩壊の同時測定が、左巻きおよび右巻きのNPカレントを区別できることを示しており、SMに類似した相関からのずれは、両方のヘリシティに新しい物理が存在することを示唆する。

ABSTRACT

This talk gives an overview of correlations between new physics effects in rare B and K decays arising in concrete models or on a model-independent basis and discusses how these correlations can be utilized to distinguish between different classes of new physics scenarios.

研究の動機と目的

• レアなBおよびK崩壊の相関が、類似したLHCシグネチャを持つさまざまな新しい物理のシナリオをどのように区別できるかを特定すること。
• 特にLHC時代において、レア崩壊が標準模型を超える物理のフラバー構造をどのように探査できるかを調査すること。
• 排他的かつ包含的 $b\to s\nu\bar{\nu}$ 崩壊が、NPウィルソン係数に相補的な制約をもたらすことを示すこと。
• $B\to K^{*}\nu\bar{\nu}$ および $B\to K\nu\bar{\nu}$ 崩壊の相関が、NP寄与のヘリシティ（左巻きまたは右巻き）をどのように特定できるかを示すこと。
• 類似したLHCシグネチャを持つNPモデルを区別する上で、レア崩壊が不可欠であることを主張すること、特にフラバー構造が鍵となる場合に。

提案手法

• $b\to s$, $b\to d$, および $s\to d$ 遷移におけるNP寄与を記述するため、ウィルソン係数 $C_i^{ij}$ を用いた有効場理論を用いる。
• 有効ハミルトニアン $\mathcal{H}_{\text{eff}}^{d_i\to d_j}$ を用いたモデルに依存しない解析を行い、$Q_7$ から $Q_{10}$, $Q_S$, $Q_P$, および $Q_{L,R}$ のオペレーターに焦点を当てる。
• NP効果をパラメータライズするための2つの実数の組み合わせ $\epsilon$ と $\eta$ を導入し、それらを分岐比および偏極分率に関連付ける。
• $K^*\to K\pi $ の角度解析を用いて、縦偏極分率 $F_L$ を抽出する。これは $C_L^{bs}$ および $C_R^{bs}$ に依存する。
• $Z$-ペンターゲン支配の仮定に基づき、包含的崩壊 $B\to X_s\ell^+\ell^-$ を用いてNPを制約し、$C_L^{bs}$–$C_R^{bs}$ 平面を縛りつける。
• 3つの戦略（オペレーター優位性、最小フラバー破れ（MFV）、具体的なNPモデル）に基づき、観測可能なパターンを予測する相関を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 類似したLHCシグネチャを持つさまざまな新しい物理のシナリオを区別するために、レアなBおよびK崩壊の相関はどのように利用できるか？
• RQ2 $B\to K^{*}\nu\bar{\nu}$ および $B\to K\nu\bar{\nu}$ の両方を測定することは、NPのヘリシティ構造を特定する上でどのような意味を持つのか？
• RQ3 $Z$-ペンターゲン支配の下で、低 $q^2$ 範囲における包含的 $B\to X_s\ell^+\ell^-$ 崩壊率は、$b\to s\nu\bar{\nu}$ 崩壊におけるNP寄与をどの程度制約できるか？
• RQ4 最小フラバー破れのようなフラバー対称性は、$b\to s$, $b\to d$, および $s\to d$ 遷移の間で相関をどのように予測するか？
• RQ5 SMの予測がよくわかっている場合に、 $B\to K^{*}\nu\bar{\nu}$ のような排他的崩壊は、標準模型を超えるNPを探査する上でどのような役割を果たすか？

主な発見

• $\text{BR}(B\to K^{*}\nu\bar{\nu})$ と $\text{BR}(B\to K\nu\bar{\nu})$ の相関は、比 $\eta = -\text{Re}(C_L^{bs} C_R^{bs*}) / (|C_L^{bs}|^2 + |C_R^{bs}|^2)$ に依存し、$\eta=0$ は左巻きのカレントのみが存在することを示す。
• NPが $C_L^{bs}$ のみを通じて寄与する場合、2つの分岐比は一様にスケーリングし、$\epsilon$–$\eta$ 平面で直線的な相関を形成する。
• NPが $C_R^{bs}$ を通じて寄与するが $C_L^{bs}$ がSMの値のままの場合、2つの分岐比は反比例し、$\epsilon$–$\eta$ 平面で明確な曲線を形成する。
• $C_R=0$ および $C_L=C_L^{\text{SM}}$ の両方の曲線からの観測されたずれは、左巻きおよび右巻きの両方のカレントにNP寄与が存在することを示唆する。
• $Z$-ペンターゲン支配の下で、低 $q^2$ 範囲における包含的 $B\to X_s\ell^+\ell^-$ 崩壊は、図4の狭い赤帯として $C_L^{bs}$–$C_R^{bs}$ 平面を制限し、大きなずれを除外する。
• 包含的 $B\to X_s\nu\bar{\nu}$ よりも、排他的 $B\to K^{*}\nu\bar{\nu}$ および $B\to K\nu\bar{\nu}$ 崩壊の方がNPヘリシティに敏感であるため、NPの性質を特定する上で不可欠である。