[論文レビュー] Non-minimal UED confronts $B_{s} ightarrow\mu^{+}\mu^{-}$

Anindya Datta, Avirup Shaw|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 52被引用数 8

ひとこと要約

本稿は、境界局在型運動量およびヤコビ項（BLKT/BLYT）を有する非最小的ユニバーサルExtra Dimensional（nmUED）モデルにおいて、$B_s \to \mu^+\mu^-$ の分岐比を調査する。KK励起状態の1ループ寄与を計算し、実験的データが特定のパラメータ選択において、コンパクト化スケール $R^{-1}$ が800 GeV以上であることを制限していることを示している—これはnmUEDにおいて最も厳密な制限の一つである。解析により、正のBLTパラメータに対して、$B_s \to \mu^+\mu^-$ が電弱精度観測量よりも強い制約をもたらすことが明らかになった。

ABSTRACT

Addition of boundary localised kinetic and Yukawa terms to the action of a 5-dimensional Standard Model would non-trivially modify the Kaluza-Klein spectra and some of the interactions among the Kaluza-Klein excitations compared to the minimal version of this model, in which, these boundary terms are not present. In the minimal version of this framework known as Universal Extra Dimensional model, special assumptions are made about these unknown, beyond the cut-off contributions to restrict the number of unknown parameters of the theory to a minimal. We estimate the contribution of Kaluza-Klein modes to the branching ratios of $B_{s(d)} ightarrow\mu^{+}\mu^{-}$ in the framework of non-minimal Universal Extra Dimensional, at one loop level. The results have been compared to the experimental data to constrain the parameters of this model. From the measured decay branching ratio of $B_s ightarrow \mu^+ \mu^-$ (depending on the values of boundary localised parameters) lower limit on $R^{-1}$ can be as high as 800 GeV. We have briefly reviewed the bounds on nmUED parameter space coming from electroweak precision observables. The present analysis ($B_s ightarrow \mu^+ \mu^-$) has ruled out new regions of parameter space in comparison to the analysis of electroweak data. We have revisited the bound on $R^{-1}$ in Universal Extra Dimensional model, which came out to be 454 GeV. This limit on $R^{-1}$ in Universal Extra Dimensional framework is not as competitive as the limits derived from the consideration of relic density or Standard Model Higgs boson production and decay to $W^+ W^-$. Unfortunately, $B_{d} ightarrow\mu^{+}\mu^{-}$ decay branching ratio would not set any significant limit on $R^{-1}$ in a minimal or non-minimal Universal Extra Dimensional model.

研究の動機と目的

• 境界局在型項（BLKT/BLYT）が非最小的UEDにおける $B_s \to \mu^+\mu^-$ 分岐比に与える影響を評価すること。
• 正確に測定された $B_s \to \mu^+\mu^-$ 衰え率を用いて、コンパクト化スケール $R^{-1}$ を制約すること。
• nmUEDパラメータ空間を制約する際、$B_s \to \mu^+\mu^-$ データと電弱精度観測量（S, T, U）の感度を比較すること。
• このフレームワークにおいて、$B_d \to \mu^+\mu^-$ が競争力のある制約を提供するかどうかを特定すること。

提案手法

• 5次元nmUEDにおける境界局在型運動量およびヤコビ項を含む、$B_s \to \mu^+\mu^-$ 衰え振幅の1ループ計算。
• KKモード寄与を第5レベルまで含め、質量 $m_n \sim \sqrt{m^2 + n^2/R^2}$ を考慮。
• フェ Feynmanゲージを用いたループ計算、ゴルドストーンおよび物理的スカラー系の非物理的自由度を含む。
• ペンギン図の発散をキャンセルするためのGIM機構の導入。
• BLKT/BLYT係数を自由パラメータとしてパrametrization：フェルミオン系に $R_f$、ゲージ・ヒッグス系に $R_V$ を使用。
• 理論的予測と実験的分岐比の比較：$\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-) = (3.2 \pm 0.7) \times 10^{-9}$。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 境界局在型運動量およびヤコビ項は、nmUEDにおけるKKスペクトルおよび結合定数にどのように影響するか？
• RQ2 nmUEDフレームワークにおいて、KK励起状態の1ループ寄与は $B_s \to \mu^+\mu^-$ にどのように寄与するか？
• RQ3 実験的制約、特に $\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-)$ は、nmUEDにおけるコンパクト化スケール $R^{-1}$ をどのように制限するか？
• RQ4 S, T, U による電弱精度観測量の制約と比較して、これらの制約はどのように異なるか？
• RQ5 $B_d \to \mu^+\mu^-$ 衰えは、nmUEDパラメータの制約において競争力を持つか？

主な発見

• $\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-)$ は、境界局在型項パラメータ $R_f$ および $R_V$ に敏感であり、KKスペクトルおよび結合定数に顕著な変化をもたらす。
• 正の $R_f$ および $R_V$ の場合、$B_s \to \mu^+\mu^-$ 衰えは95%信頼水準で $R^{-1}$ に最大800 GeVの下限を設定し、nmUEDフレームワークにおいて最も厳しい制約を示している。
• 正の $R_f$ 値に対して、$B_s \to \mu^+\mu^-$ からの制約は、電弱精度観測量（S, T, U）の制約よりも強い。
• 負の $R_f$ の場合、KK質量が大きくなるため、$B_s \to \mu^+\mu^-$ からの制約は弱く、かつその領域は既に電弱データによって除外されている。
• $B_d \to \mu^+\mu^-$ 衰えは、最小的または非最小的UEDの両方において、$R^{-1}$ の制約において競争力を持たない。
• 解析により、$B_s \to \mu^+\mu^-$ によって除外される領域を除く、すべての許容パラメータ空間でZボソン質量と整合性が保たれていることが確認された。