[論文レビュー] Present Status of b -> s l+ l- Anomalies

F. Mahmoudi, Tobias Hurth+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、$b \to s\ell^+\ell^-$崩壊における持続的で異常な現象、特に$P'_5$および$R_K$について、ニューサイエンスの説明としてウィルソン係数$C_9^\mu$の25%の低減を示すグローバルフィットを用いて分析している。研究では、理論的仮定の変化に対してもこれらのフィットの安定性が確認され、ニューサイエンスとハドロン的不確実性を区別するための重要な観測量——特に$R_K$比や包含的$B\to X_s\ell^+\ell^-$——が提案されている。

ABSTRACT

We discuss the observed deviations in b -> s l+ l- processes from the Standard Model predictions and present global fits for the New Physics description of these anomalies. We further investigate the stability of the global fits under different theoretical assumptions and suggest strategies and a number of observables to clear up the source of the anomalies.

研究の動機と目的

• ハドロン的パワー補正に関する理論的仮定を変化させた場合の、$b\to s\ell^+\ell^-$異常を説明するグローバルフィットの安定性を評価すること。
• ハドロン的不確実性に影響されない理論的にクリーンな観測量——特に$R_K$に類似した比——を同定し、軽子フレーバー普遍性の破れをテストすること。
• 特にBelle IIでの未来の測定を提案し、観測された異常に対するニューサイエンス解釈を確認または除外すること。
• 非因子化および因子化パワー補正の異なる推定値のもとで、$C_9^\mu$低減説明の頑健性を評価すること。
• 排他的および包含的崩壊観測量の比較により、ニューサイエンス効果とハドロン的不確実性を区別すること。

提案手法

• SuperIso v3.6を用いて$\chi^2$を最小化するグローバルフィットを実施し、$B\to K^*\mu^+\mu^-$、$B_s\to\phi\mu^+\mu^-$、$R_K$測定を含む$b\to s\ell^+\ell^-$データを統合する。
• ソフトフォーム因子（soft FF）およびフルフォーム因子（full FF）の2つの理論的フレームワークを適用し、乗法的係数によるパワー補正の系統的変更を施す。
• パワー補正の不確実性をパラメトリックな変化で推定：ソフトFFでは$b_i \in (-0.1, +0.1)$から$(-0.3, +0.3)$（10–30%の誤差）、フルFFでは$b_i \in (-0.05, +0.05)$から$(-0.6, +0.6)$（5–60%の誤差）に変更。
• ハドロン的不確実性への感受性を低減するため、フォーム因子に依存しない観測量（例：$P'_i$）を構築する。
• 異なる$q^2$領域でのミューオンと電子の崩壊比（例：$\text{BR}(B\to K^{*0}\mu^+\mu^-)/\text{BR}(B\to K^{*0}e^+e^-)$）の予測を比較し、軽子フレーバー普遍性の破れをテストする。
• Belle IIにおける包含的$B\to X_s\ell^+\ell^-$崩壊が、排他的モードからのニューサイエンス信号を確認する可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された$b\to s\ell^+\ell^-$異常は、$C_9^\mu$の25%の低減によって一貫して説明可能か？
• RQ2 非因子化および因子化パワー補正に関する仮定の変化に対しても、グローバルフィットはどの程度安定しているか？
• RQ3 パワー補正の完全な理論的制御が得られない状況下で、ニューサイエンスとハドロン的不確実性を区別するのに最も効果的な観測量は何か？
• RQ4 排他的崩壊における$R_K$に類似した比は、軽子フレーバー普遍性の破れを測定するクリーンなプローブとしてどの程度有効か？
• RQ5 Belle IIでの未来の測定は、$B\to K^*\mu^+\mu^-$および$B_s\to\phi\mu^+\mu^-$で観測された異常に対するニューサイエンス解釈を確認できるか？

主な発見

• $b\to s\ell^+\ell^-$データへのグローバルフィットは、$C_9^\mu$の25%の低減がニューサイエンスの説明として好ましい結果を示しており、$C_9^e$は標準模型と整合的である。
• フォーム因子の誤差を2倍にしたり、非因子化パワー補正を最大60%まで増加させてもフィットの安定性が保たれるため、異常は理論的不確実性に起因するものではないことが示唆される。
• $q^2 \in [1,6]$ GeV$^2$領域における$R_K$比は、標準模型から2.6$\sigma$のずれを示し、理論的にクリーンであるため、軽子フレーバー普遍性の破れをテストするための重要な観測量である。
• $[1,6]$ GeV$^2$領域における$\text{BR}(B^0\to K^{*0}\mu^+\mu^-)/\text{BR}(B^0\to K^{*0}e^+e^-)$の予測は95%信頼水準で$[0.65, 0.96]$の範囲にあり、標準模型の値は2$\sigma$領域外に位置する。
• $[4,6]$ GeV$^2$領域における前向き-後ろ向き非対称性比$\langle A_{FB} \rangle_{\mu}/\langle A_{FB} \rangle_{e}$の予測は$[-0.21, 0.71]$の範囲にあり、大きなずれを示しており、これが重要な検証として機能する可能性がある。
• Belle IIにおける包含的$B\to X_s\ell^+\ell^-$崩壊は、ニューサイエンス信号をモデルに依存しない形で確認するクリーンなテストを提供すると予想され、$C_9^\mu$低減シナリオの確認または除外が可能となる。