[論文レビュー] Predictions for b ! ss ¯ d and b ! dd¯ s decays in the SM and with new physics

Dan Pirjol, Jure Zupan|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 31被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、標準模型（SM）および新しい物理（NP）におけるb → ss̄dおよびb → dd̄s崩壊を調査し、局所的オペレータ効果の約30％に達する非局所的寄与を同定する。また、フレーバー破れカップリングを持つ荷電NP場を含む一般化されたNPメカニズムを提案し、現在の制約とK–K̄およびB(s)–B̄(s)混合の制約を満たす一方で、現在の分岐比の上限と整合する分岐比を予測する。さらに、10³ TeVを超える将来の高エネルギー加速器が、十分な統計的精度をもってハドロン的不確実性を克服し、これらの遷移を直接探査可能であると示唆する。

ABSTRACT

The b → ss ¯ d and b → dd¯ s decays are highly suppressed in the SM, and are thus good probes of new physics (NP) effects. We discuss in detail the structure of the relevant SM effective Hamiltonian pointing out the presence of nonlocal contributions which can be about λ −4 (m 2 /m 2 ) ∼ 30% of the local operators (λ = 0.21 is the Cabibbo angle). The matrix elements of the local operators are computed with little hadronic uncertainty by relating them through flavor SU(3) to the observedS = 0 decays. We identify a general NP mechanism which can lead to the branching fractions of the b → ss ¯ d modes in the B + , B 0 or Bs meson decays at or just below the present experimental bounds, while satisfying the bounds from K − ¯ K and B(s) − ¯ B(s) mixing. It involves the exchange of a NP field carrying a conserved charge, broken only by its flavor couplings. The size of branching fractions within MFV, NMFV and general flavor violating NP are also predicted. We show that in the future energy scales higher than 10 3 TeV could be probed without hadronic uncertainties even for b → s and b → d transitions, if enough statistics becomes available.

研究の動機と目的

• b → ss̄dおよびb → dd̄s崩壊におけるSM効用ハミルトニアンの構造を分析し、特に非局所的寄与に焦点を当てる。
• フレーバーSU(3)対称性を用いて局所的オペレータの行列要素を観測されたS = 0崩壊と関連づけることで、行列要素計算におけるハドロン的不確実性を低減する。
• 観測された分岐比を説明できる一般化された新しい物理メカニズムを同定し、K–K̄およびB(s)–B̄(s)混合からの制約に違反しないようにする。
• MFV、NMFV、および一般のフレーバー破れNPスケーリングにおける分岐比予測を比較する。
• 将来の高エネルギー加速器（>10³ TeV）が、ハドロン的不確実性を克服してb → sおよびb → d遷移を探査できる可能性を評価する。

提案手法

• b → ss̄dおよびb → dd̄s崩壊におけるSM効用ハミルトニアンを構築し、局所的項の約30％に相当するλ⁻⁴(m²/m²)に比例する非局所的寄与を明示的に含める。
• フレーバーSU(3)対称性を用いて、局所的オペレータの行列要素を観測されたS = 0崩壊のものと関連づけ、ハドロン的不確実性を著しく低減する。
• 保存された電荷を持つ新しい場を含む一般化されたNPメカニズムを提案し、フレーバー結合によってのみ破れるようにすることで、観測された崩壊率を生成する。
• MFV、NMFV、および一般のフレーバー破れNPモデルの文脈で分岐比を分析し、モデル依存性を評価する。
• 将来の加速器の感度限界を評価し、統計的精度がb → sおよびb → d遷移におけるハドロン的不確実性を克服できる可能性を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 b → ss̄dおよびb → dd̄s崩壊におけるSM効用ハミルトニアンにおける非局所的寄与の役割は何か？また、局所的オペレータに対してどの程度の大きさか？
• RQ2 どのようにしてフレーバーSU(3)対称性を用いて、これらの崩壊における行列要素計算のハドロン的不確実性を低減できるか？
• RQ3 K–K̄およびB(s)–B̄(s)混合の制約を満たしつつ、現在の実験的上限に達するか、それ以下の分岐比を生成できる新しい物理メカニズムは何か？
• RQ4 MFV、NMFV、および一般のフレーバー破れNPスケーリングにおける分岐比予測は、どの程度異なるか？
• RQ5 中心系エネルギーが10³ TeVを超える将来の加速器は、どの程度までハドロン的不確実性を克服してb → sおよびb → d遷移を探査できるか？

主な発見

• Cabibbo角の抑制により、b → ss̄dおよびb → dd̄s崩壊におけるSM効用ハミルトニアンの非局所的寄与は、局所的オペレータ寄与の約30％に達する可能性がある。
• フレーバーSU(3)対称性を用いて、観測されたS = 0崩壊と関連づけることで、局所的オペレータの行列要素は低いハドロン的不確実性で計算可能である。
• 保存された電荷を持つ新しい場を含み、フレーバー結合によってのみ破れる一般化されたNPメカニズムは、現在の実験的上限および混合制約を満たすb → ss̄dモードの分岐比を生成できる。
• このモデルは、MFV、NMFV、および一般のフレーバー破れNPスケーリングの下で、B⁺、B⁰、またはBsメソンにおけるb → ss̄d崩壊の分岐比を、現在の実験的限界に達するか、それ以下の値に予測する。
• 将来の10³ TeVを超えるエネルギーで動作する加速器は、十分な光度と統計的精度があれば、ハドロン的不確実性を克服してb → sおよびb → d遷移を探査できる可能性がある。