[論文レビュー] On Flavourful Easter eggs for New Physics hunger and Lepton Flavour Universality violation

M. Ciuchini, Antônio Coutinho+5 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 30

ひとこと要約

この論文は、効果的場理論フレームワーク内でのベイズ的グローバルフィットを用いて、$b \to s$ 遷移における微細なニュー・フォーススケール効果（NP）を調査し、$R_K$ および $R_{K^*}$ 測定を通じたレプトンのフレーバー普遍性の破れ（LFU）に注目している。ハドロン的不確実性を慎重に取り扱った場合、ウィルソン係数におけるNPの存在に $\sim 3\sigma$ の証拠が得られ、非標準的なレプトンの軸性電流はベクトル型電流NPモデルの代替として有効であることが示された。

ABSTRACT

Within the standard approach of effective field theory of weak interactions for $\\Delta B = 1$ transitions, we look for possibly unexpected subtle New Physics effects, here dubbed "flavourful Easter eggs". We perform a Bayesian global fit using the publicly available HEPfit package, taking into account state-of-the-art experimental information concerning these processes, including the suggestive measurements from LHCb of $R_{K}$ and $R_{K^{*}}$, the latter available only very recently. We parametrize New Physics contributions to $b \ o s$ transitions in terms of shifts of Wilson coefficients of the electromagnetic dipole and semi-leptonic operators, assuming CP-conserving effects, but allowing in general for violation of lepton flavour universality. We show how optimistic/conservative hadronic estimates can impact quantitatively the size of New Physics extracted from the fit. With a conservative approach to hadronic uncertainties we find nonzero New Physics contributions to Wilson coefficients at the level of $\\sim 3\\sigma$, depending on the model chosen. Furthermore, given the interplay between hadronic contributions and New Physics effects in the leptonic vector current, a scenario with nonstandard leptonic axial currents is comparable to the more widely advocated one with New Physics in the leptonic vector current.

研究の動機と目的

• 標準模型を越える珍しい $B$ 衰えにおける微細なニュー・フォーススケール効果（「フレーバー満ちたイースターエッグ」）を探索すること。
• ハドロン的不確実性が $b\to s\gamma$ および $b\to s\ell\ell$ 遷移におけるニュー・フォーススケール信号の抽出に与える影響を評価すること。
• 最新のLHCbおよびBelleデータを用いて、特にレプトンのフレーバー普遍性の破れを含むさまざまなニュー・フォーススケールモデルの妥当性を検証すること。
• レプトンのフレーバー普遍性を保つ場合としない場合の、レプトンのベクトル型電流と非標準的な軸性電流におけるニュー・フォーススケール効果の違いを比較すること。

提案手法

• HEPfitパッケージを用いて、$B\to K^{(*)}\ell\ell$、$B\to X_s\gamma$、および $P_5'$ 角度観測量の実験的データを統合するベイズ的グローバルフィットを実施する。
• 効果的場理論フレームワーク内での電磁的磁気双極子および半レプトン的オペレーターのウィルソン係数へのずれとして、ニュー・フォーススケール効果をパラメータライズする。
• ハドロン的推定値を慎重にとる場合と楽観的にとる場合の、ニュー・フォーススケール信号の有意水準への影響を評価する。
• LHCbが $[1.1,6]$ GeV$^2$ の二レプトン質量領域で測定した $R_K$ および $R_{K^*}$ の最新データに加え、LHCb、ATLAS、CMS、Belleの $P_5'$ データを統合する。
• ベクトル型、スカラー型、テンソル型、および軸性電流モデル（フレーバー普遍性の破れを含む・含まないを含む）の合計6つの異なるニュー・フォーススケールシナリオを比較する。
• 実験的誤差を対称化し、$R_K$、$R_{K^*}$、$R_\phi$、$P_5'$ といった観測量を複数の質量チャンクにわたりフィットする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハドロン的不確実性を慎重に取り扱った場合、$b\to s$ 遷移におけるウィルソン係数へのニュー・フォーススケール効果の有意水準はどの程度か？
• RQ2 特にレプトンのベクトル型電流と軸性電流におけるニュー・フォーススケールのパラメータライゼーションの違いが、$R_K$ および $R_{K^*}$ データへのグローバルフィットにどのように影響するか？
• RQ3 最近のLHCbによる大運動量領域における $R_{K^*}$ および $P_5'$ 測定は、標準模型のハドロン的効果よりもニュー・フォーススケール解釈をどの程度支持するか？
• RQ4 非標準的なレプトンの軸性電流が、広く研究されているベクトル型電流ニュー・フォーススケールモデルに代わる妥当な代替案を提供できるか？
• RQ5 ハドロン行列要素の推定値の変動が、抽出されたニュー・フォーススケール信号強度およびその統計的有意水準にどのように影響するか？

主な発見

• ハドロン的不確実性を慎重に取り扱った場合、グローバルフィットにより $b\to s$ 遷移におけるウィルソン係数へのニュー・フォーススケール効果に $\sim 3\sigma$ の証拠が得られた。
• $R_K$ および $R_{K^*}$ 測定値—特に $[1.1,6]$ GeV$^2$ の範囲—は、標準模型と一貫しない継続的な緊張を示しており、$R_K \approx 0.753 \pm 0.090$ および $R_{K^*}^{[1.1,6]} \approx 0.707 \pm 0.102$ であり、両者とも標準模型の予測を下回っている。
• $B\to K^*\mu\mu$ における $P_5'$ 異常は依然として有意であり、LHCbおよびBelleのデータは標準模型から $\sim 3\sigma$ のずれを示しているが、実験間で緊張の程度にばらつきがある。
• ATLASおよびCMSの $P_5'$ 測定値は、それぞれ標準模型予測との間により大きな緊張とより小さい緊張を示しており、QCDの高次補正の理論的制御の必要性を強調している。
• レプトンの軸性電流にニュー・フォーススケール効果があるシナリオは、一般的に研究されているベクトル型電流モデルと同等のフィット品質を示し、特にハドロン的不確実性を考慮した場合に顕著である。
• フィット結果から、$R_{K^*}^{T}$ および $R_{K^*}^{L}$ 觀測量がニュー・フォーススケールに敏感であることが示された。一部のシナリオでは $R_{K^*}^{T}$ が $1.05 \pm 0.03$ に達しており、横極化における潜在的なニュー・フォーススケール効果の兆候である。