[論文レビュー] Penguin Loops for Nonleptonic B-Decays in the Standard Model: Is there a Penguin Puzzle?

Ambar Jain, Ira Z. Rothstein+1 more|ArXiv.org|Jun 25, 2007

Statistical Methods in Clinical Trials被引用数 24

ひとこと要約

この論文は、実験データで固定されたハドロン的パラメータを用いて、非レプトン的B崩壊における標準模型のペンギン振幅を計算し、SCET因子化と、ヘリカルに強化されたペンギン寄与のための新しい因子化式を用いる。短距離の虚数部が実験的測定値よりも1桁小さいことが判明し、その乖離の原因として長距離のcharm効果または新しい物理が示唆される。

ABSTRACT

We compute standard model penguin amplitudes in nonleptonic B-decays to light charmless mesons using tree amplitude data to fix hadronic parameters. The leading calculation is carried out for the alphas(mb) penguin contributions from charm quark, up quark, and magnetic penguin loops in the NDR and HV renormalization schemes. Power suppressed penguins that are proportional to the chiral condensate are also computed using a new factorization formula for these terms, which is derived working to all orders in alphas(sqrt{mbΛ}). We demonstrate using SCET1 that this formula exhibits only small perturbative phases and does not have endpoint singularities. Due to our use of data to fix hadronic parameters we obtain significantly more accurate predictions for the short-distance standard model penguin amplitudes than have been found in the past. Analyzing data in B-> pi pi, B->K pi, and B->rho rho for the penguin amplitudes we find that standard model short-distance imaginary parts are an order of magnitude smaller than current measurements, while real parts are up to a factor of two smaller with the correct sign. This difference is most likely a consequence of long-distance charm contributions or new physics. Constraints on the type of new physics that could help explain the data are derived, and used to show that current data favors sizeable long-distance strong phases.

研究の動機と目的

• 実験データを用いてハドロン的パラメータを制約することで、非レプトン的B崩壊における短距離ペンギン振幅の精度を向上させる。
• 1/m_bで抑制されるが、ヘリカル凝集により強化されるチャイラルに強化されたペンギン振幅のための新しい因子化式を導出する。
• 標準模型において、O(α_s(m_b))の補正が欠落していることが、理論と実験の間のペンギン振幅の乖離を解消できるかどうかを評価する。
• 長距離の強い位相の役割を評価し、データを説明するための新しい物理の可能性を制限する。

提案手法

• SCET_I因子化定理を用いて、B→ππ、B→Kπ、B→ρρ崩壊における標準模型のペンギン振幅を体系的に計算する。
• NDRおよびHVのレンズ補正スキームを適用し、charm、upクォーク、磁気ペンギンループからのα_s(m_b)の一次補正を計算する。
• ヘリカル凝集を含む、1次微小項の因子化に特化した、すべてのα_sの次数で有効な新しい因子化式を導出する。一般化された形式因子ζ_χ^{BM}(z)とトレランス3のメソン分布関数φ_pp^M(u)を導入する。
• 新しい因子化式が端点特異性を回避し、わずかな摂動的位相しか示さないことを示す。
• 実験による樹形振幅データを用いてハドロン的パラメータを固定し、ペンギン振幅の理論的不確実性を低減する。
• 複数のスケール（μ = m_b/2 および μ = 2m_b）での消失モーメントを計算することで誤差解析を実施し、結果の堅牢性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型において欠落しているO(α_s(m_b))の短距離補正が、観測されたペンギン振幅の乖離を説明できるか？
• RQ2 1/m_bで抑制されるがヘリカル凝集により強化されるチャイラルに強化されたペンギン寄与が、ペンギン振幅の虚数部に顕著な寄与をもたらすか？
• RQ3 1次微小項のペンギンに対して新しい因子化式における摂動的位相は、端点特異性を避けるのに十分に小さいか？
• RQ4 データは、新しい物理の代わりに長距離の強い位相を支持するか？
• RQ5 観測されたペンギン振幅の不足を解消する新しい物理モデルにどのような制限を課せられるか？

主な発見

• 標準模型におけるペンギン振幅の短距離虚数部は、B→ππおよびB→Kπ崩壊において、現在の実験的測定値よりも約1桁小さい。
• ペンギン振幅の実部は、データよりも最大で2倍小さく、符号は正しいが、SMの予測に系統的な不足があることを示唆している。
• ヘリカルに強化されたペンギン振幅のための新しい因子化式は、端点特異性を示さず、わずかな摂動的位相しか持たないため、信頼できる計算に適していることが検証された。
• 既知のすべての短距離虚数補正が小さいことが判明し、乖離が欠落した摂動的補正によるものではないという結論を強化した。
• データは、顕著な長距離の強い位相を強く支持しており、長距離のcharm効果が、観測された振幅の乖離を説明するより可能性の高い要因であると示唆している。
• 新しい物理モデルに対する制約から、ギャップを埋めるには、大きな結合定数や特定のフラバー構造を有するモデルが必要であるが、それらは現在のデータと理論的一致性から不適切であると判明した。