[論文レビュー] New Physics in Gamma_12^s: (sbar b) (taubar tau) Operators

Christoph Bobeth, Ulrich Haisch|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2011

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 53被引用数 32

ひとこと要約

本稿は、次元6の $(\bar{s}b)(\bar{\tau}\tau)$ 演算子を通じて $B_s$ メソン混合の $\Gamma_{12}^{s}$ における新しい物理効果を調査する。これらの非標準的寄与は既存のデータによって制約を受けるが、$B_s$ 混合の異常へのグローバルフィットをわずかに改善する可能性がある。一方で、$\phi_{J/\psi\phi}^s$ および $\Delta\Gamma_s$ における標準模型からの観測された乖離を完全に説明するには小さすぎる。本研究ではモデルに依存しない境界を導出し、レプトクォークおよび $Z'$-媒介系と対比する。

ABSTRACT

Measurements performed at the Tevatron of both the like-sign dimuon charge asymmetry in B_d,s-meson samples and the mixing-induced CP asymmetry in B_s -> J/psi phi depart from their standard model (SM) predictions. This could be an indication for new CP phases in Delta B = 2 transitions, preferentially in B_s-Bbar_s mixing. The experimental situation, however, remained inconclusive, as it favored values of the element Gamma_12^s of the decay matrix in the B_s-meson system that are notably different from the SM expectation, suggesting the presence of new physics in the Delta B = 1 sector as well. The very recent LHCb measurements of B_s -> J/psi phi and B_s -> J/psi f_0, which do not find any evidence for a new-physics phase in the element M_12^s of the mass matrix, point into this direction as well. In this article, we explore the potential size of non-standard effects in Gamma_12^s stemming from dimension-six operators with flavor content (sbar b) (taubar tau). We show that since the existing constraints imposed by tree- and loop-level mediated B_d,s-meson decays are quite loose, absorptive new physics of this type can in part explain the current data. Our model-independent conclusions are finally contrasted with explicit analyses of the new-physics effects in B_s-Bbar_s mixing that can arise from leptoquarks or Z' bosons.

研究の動機と目的

• 次元6の $(\bar{s}b)(\bar{\tau}\tau})$ 演算子を通じて $\Gamma_{12}^{s}$ における新しい物理の妥当性を評価すること。
• このような演算子が、特に $\phi_{J/\psi\phi}^s$ および $\Delta\Gamma_s$ における観測された $B_s$ 混合観測量の乖離を説明できるかどうかを評価すること。
• $B_d$ および $B_s$ 衰えからの直接的および間接的制約を用いて、$\Gamma_{12}^{s}$ における非標準的寄与のモデルに依存しない境界を導出すること。
• レプトクォークおよび $Z'$ ボソンを含む具体的なモデルと比較し、物性的妥当性を評価すること。

提案手法

• 有効場理論を用いて、$B_s$ システムにおける次元6の $(\bar{s}b)(\bar{\tau}\tau})$ 演算子を分析する。
• 木レベルおよびループレベルの $B_d$ および $B_s$ 衰えから得られるモデルに依存しない境界を用いて、$\Gamma_{12}^{s}$ における新しい物理を制約する。
• 測定された $\Delta M_s$ とその標準模型予測値を用いて、$R_{\Gamma} = \Gamma_{12}^{s,\rm NP}/\Gamma_{12}^{s,\rm SM}$ に対する制約を導出する。
• 解析的式を用いて、$a_{fs}^s$ を介して新しい物理が $\Delta\Gamma_s$、$\phi_{J/\psi\phi}^s$、および同符号二ミューオン非対称性 $A_{\rm SL}^b$ に与える影響を評価する。
• 特に、新しい物理寄与の符号仮定に応じて、$M_{12}^{s}$ と $\Gamma_{12}^{s}$ の位相と大きさの相互作用を検討する。
• モデルに依存しない結果を、レプトクォークおよび $Z'$ モデルといった具体的な実装と比較し、物性的妥当性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 $\Gamma_{12}^{s}$ における $(\bar{s}b)(\bar{\tau}\tau})$ 演算子が、標準模型を逸脱する $B_s$ 混合の観測異常を説明できるか？
• RQ2 $\Delta M_s$、$\Delta\Gamma_s$、$\phi_{J/\psi\phi}^s$ における既存の実験的データによって、$\Gamma_{12}^{s}$ における非標準的寄与はどの程度制約を受けるか？
• RQ3 既存の制約と整合的である限り、$\Gamma_{12}^{s}$ における新しい物理効果の最大サイズはどの程度か？
• RQ4 モデルに依存しない解析と、レプトクォークや $Z'$ ボソンといった具体的なモデルとの間で、$\Gamma_{12}^{s}$ の制約はどのように異なるか？

主な発見

• $(\bar{s}b)(\bar{\tau}\tau})$ 演算子による $\Gamma_{12}^{s}$ における許容可能な非標準的寄与は、標準模型からの $\phi_{J/\psi\phi}^s$ および $\Delta\Gamma_s$ の観測乖離を完全に説明するには小さすぎる。
• 木レベルおよびループレベルの $B_d$ および $B_s$ 衰えからの既存の制約は比較的ゆるく、$\Gamma_{12}^{s}$ における非零の新しい物理効果を許容する。
• このような新しい物理効果の取り入れは、現在のデータへのグローバルフィットをわずかに改善するが、異常を完全に説明するには十分でない。
• $\Delta\Gamma_s$ および $a_{fs}^s$ の境界は、$r_{\rm SM}/r_{\rm NP}$ が正で小さい場合、特に $r_{\rm NP}$ が実数の場合に最も弱くなる。
• $\Delta\Gamma_s$ の上界が最も弱くなるのは、$\text{sgn}(r_{\rm NP}) = -1$ かつ $|r_{\rm SM}|/|r_{\rm NP}| > 1$ の場合であり、これは特定の制約が最も弱い領域を示している。
• モデルに依存しない解析により、$\Gamma_{12}^{s}$ を介した新しい物理は、$\phi_{J/\psi\phi}^s$ の全乖離を説明できないことが示され、標準模型予測から $2.3\sigma$ のずれが依然として残っている。