[論文レビュー] Numerical updates of lifetimes and mixing parameters of B mesons

Alexander Lenz, Ulrich Nierste|Durham Research Online (Durham University)|Feb 21, 2011

High-Energy Particle Collisions Research参考文献 1被引用数 25

ひとこと要約

本稿では、CKM行列要素およびB中間子の崩壊定数のより正確な入力に基づき、ΔMs、ΔΓs、およびフレーバー特異的崩壊におけるCP非対称性の理論的不確実性が改善された、B中間子混合パラメータの更新された標準模型予測を提示する。ΔΓsおよびa1fs^sの理論的誤差は顕著に低減されており、DØ実験によるB–B̄混合における新しい物理の3.6σの不一致も強調されている。

ABSTRACT

We update the Standard-Model predictions for several quantities related to $B_s - \bar B_s$ and $B_d - \bar B_d$ mixing. The mass and width differences in the $B_s$ system read $ ΔM_s^{ m SM} = (17.3 \pm 2.6) ps^{-1}$ and $ΔΓ_s^{ m SM}= (0.087 \pm 0.021) ps^{-1}$, respectively. The CP asymmetries in flavour-specific decays are $a_{ m fs}^{s, m SM} = (1.9 \pm 0.3) \cdot 10^{-5}$ and $a_{ m fs}^{d, m SM} = - (4.1 \pm 0.6) \cdot 10^{-4}$. We further critically discuss the sensitivity of $ΔΓ_d$ to new physics and the uncertainties in the relation between $ΔΓ_s$ and the branching fraction of $B_s o D_s^{(*)}{}^+ D_s^{(*)}{}^-$. Then we present a numerical update of the average width $Γ_s$ in the $B_s$ system and correlate $Γ_s$ with the $B^+$-$B_d$ lifetime ratio. Finally we summarise the key results of our recent global analysis with the CKMfitter collaboration addressing new physics in $B - \bar B$-mixing. In an appropriately defined scenario parametrising new physics in $B - \bar B$-mixing by two complex parameters $Δ_d$ and $Δ_s$ the Standard-Model point {$Δ_d=Δ_s=1$} is disfavoured by 3.6 standard deviations.

研究の動機と目的

• より正確な理論的入力を用いて、B_s–B̄_sおよびB_d–B̄_d混合パララメータの標準模型予測を更新すること。
• 最近の格子QCDおよびCKMフィット結果を組み込むことで、ΔΓsおよびCP非対称性a_fs^sの理論的不確実性を低減すること。
• B–B̄混合における新しい物理の寄与に対するΔΓdの感受性を評価し、B̄_s → D_s^{(*)+}D_s^{(*)-}の分岐比とΔΓsの関係を検討すること。
• DØによるA_SLの測定と標準模型予測との間のグローバルな不一致を評価し、B–B̄混合における新しい物理の可能性を示すこと。

提案手法

• 重いクォーク展開（HQE）を用いてΓ^q_12を計算し、α_sのNLO補正および1/m_bの補正を組み込む。
• 数値的キャンセルを回避し、HQE展開の収束性を向上させるために、新しいオペレータ基底を導入する。
• f_Bs、B_Bs、|V_ub|、|V_cb|、α_sなどの入力パラメータの不確実性を伝搬することで、グローバルな誤差解析を実施する。
• ΔΓs/ΔMsおよびCP非対称性a_fs^sを計算し、入力不確実性のモンテカルロ伝搬により誤差予算を導出する。
• DØによるA_SLの測定結果と標準模型予測を比較し、新しい物理との不一致を定量化する。
• グローバルフィットフレームワーク内でB–B̄混合における新しい物理を検証するため、2パラメータの複素パrametrization（Δ_d、Δ_s）を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CKM行列要素およびB中間子の崩壊定数の改善された入力に基づく、理論的不確実性が低減されたB_s系におけるΔMsおよびΔΓsの更新された標準模型予測は何か？
• RQ2 最近の格子QCDおよびCKMフィット結果は、a_fs^sおよびΔΓs/ΔMsの不確実性をどのように低減するか？
• RQ3 B–B̄混合における新しい物理の寄与に対して、ΔΓdの感受性はどの程度か？
• RQ4 DØによるA_SLの測定結果は標準模型予測とどのように比較されるか？ これは新しい物理に何を示唆するか？
• RQ5 グローバルなB–B̄混合データと整合するか？（Δ_d = Δ_s = 1）

主な発見

• ΔMsの更新された標準模型予測は (17.3 ± 2.6) ps⁻¹、ΔΓsは (0.087 ± 0.021) ps⁻¹であり、理論的不確実性が顕著に低減されている。
• フレーバー特異的B_s崩壊におけるCP非対称性は、a_fs^s,SM = (2.11 ± 0.36) × 10⁻⁵ と予測され、誤差は27.9%から17.3%に低減された。
• ΔΓs/ΔMsの比は50.4 × 10⁻⁴と予測され、総不確実性は20.1%であり、崩壊定数依存性のキャンセルにより改善が見られない。
• ΔΓsにおける主要な不確実性は、パワー抑制型オペレータR̃₂の行列要素に起因し、B̃_R₂によってパラメータ化されている。
• CKMfitterを用いたグローバル解析では、標準模型点（Δ_d = Δ_s = 1）が3.6標準偏差の不一致を示しており、新しい物理との強い不一致が示唆される。
• DØによる結果 A_SL^DØ = -0.00957 ± 0.00251 ± 0.00146 は、標準模型予測から3.2σのずれを示しており、中央値は42倍のずれを示している。