[論文レビュー] PSI/UZH Workshop: Impact of $B oμ^+μ^-$ on New Physics Searches

Andreas Crivellin, Margherita Ghezzi+19 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 45被引用数 13

ひとこと要約

この論文は、$B\to\mu^+\mu^-$崩壊が新しい物理の探査に与える影響についての PSI/UZH セミナーを要約し、$b\to s\mu^+\mu^-$ および $b\to c\tau\nu$ 遷移における軽レプトンフラバー普遍性の破れを示唆する顕著な実験的兆候を強調している。主な貢献は、現在のデータを統合し、$R_\mu(K^{(*)})$ および $P_5'$ が標準模型から逸脱していることの明確な示唆であり、理論的クリーニングと高い実験的精度の可能性を有する $B_s\to\mu^+\mu^-$ が、新しい物理のシナリオを区別するための鍵的プローブとして浮き彫りになっている。

ABSTRACT

In these mini-proceedings we review the results of the workshop `Impact of $B oμ^+μ^-$ on New Physics Searches' that took place at the Paul Scherrer Institute (PSI) on the 18th-19th December 2017.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新しい物理の探査としての $B\to\mu^+\mu^-$ 崩壊の現在の実験的・理論的状況を評価すること。
• 特に軽レプトンフラバー普遍性の破れに関連して、$b\to s\mu^+\mu^-$ および $b\to c\tau\nu$ 崩壊における観測された逸脱の整合性と意味を評価すること。
• $b\to s\mu^+\mu^-$ の観測量、$B\to\tau\tau$ 崩壊、および $\mu\to e$ フレーバー違反のような希少過程との関連を調査すること。
• さまざまな新しい物理モデルを区別するためのクリーンで高精度なテストとしての $B_s\to\mu^+\mu^-$ の役割を評価すること。

提案手法

• 未分類の最尤推定法を用いた、CMSおよびLHCbの $B_s\to\mu^+\mu^-$ および $B_d\to\mu^+\mu^-$ の実験データの分析。
• 測定された分岐比および $P_5'$ や $R_\mu(K^{(*)})$ などの角度観測量を標準模型の予測と比較すること。
• 有効場理論およびモデルに依存しないフレームワークを用いて、$b\to s\mu^+\mu^-$ および $b\to c\tau\nu$ 崩壊における逸脱を解釈すること。
• テンソル相互作用に関する制約を、$\tau\to K_S\pi\nu$ の $CP$ 不変性および中性子電気電離モーメントから評価すること。
• 300\,\mathrm{fb}^{-1} の光度における将来の見通しを評価し、$\mathcal{B}(B_s\to\mu^+\mu^-)$ で12%の精度、$\mathcal{B}(B_d\to\mu^+\mu^-)$ で47%の精度を予測すること。
• $B\to K^*\mu^+\mu^-$ データのクロスアナリシスにより $P_5'$ および $R_\mu(K)$ を抽出し、標準模型および新しい物理モデルとの整合性をテストすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在の $B\to\mu^+\mu^-$ 測定値は、標準模型の予測からどの程度逸脱しているのか。また、これらの逸脱は統計的に有意なのか。
• RQ2 $R_\mu(K^{(*)})$ および $P_5'$ における観測された異常は、1つの新しい物理モデルで説明可能か。また、$B_s\to\mu^+\mu^-$ はそのようなモデルを区別するのをどのように支援するか。
• RQ3 $B_s\to\mu^+\mu^-$ は、新しい物理シナリオにおける軸性ベクトル型とベクトル型のカップリングを区別するためのクリーンなプローブとして果たす役割は何か。
• RQ4 $b\to c\tau\nu$ 崩壊における異常と $b\to s\mu^+\mu^-$ における異常はどのように関連しているのか。それらは共通の起源を持つ可能性があるか。
• RQ5 $\tau\to K_S\pi\nu$ の $CP$ 不変性および $D$–$\bar{D}$ 混合は、軽レプトンフラバー普遍性の破れを引き起こすテンソル相互作用に対してどのような制約を課えるか。

主な発見

• CMSは $\mathcal{B}(B_s\to\mu^+\mu^-) = (3.0^{+1.0}_{-0.9})\times 10^{-9}$ を測定し、背景からの $4.3\sigma$ の有意性を示し、バックグラウンドのみの仮説をはるかに超える信号を確認した。
• LHCbは $\mathcal{B}(B_s\to\mu^+\mu^-) = (3.0 \pm 0.6^{+0.3}_{-0.2})\times 10^{-9}$ を報告し、標準模型と整合的であり、有効寿命を $2.04 \pm 0.44\,\mathrm{ps}$ として測定し、$A_{\Delta\Gamma}^{\mu^+\mu^-} = 1$ が $1.0\sigma$ の範囲で一致した。
• LHCbは $B_d\to\mu^+\mu^-$ の分岐比を 95% 確信区間で $<1.5 \times 10^{-10}$ と測定し、バックグラウンドのみの仮説を $1.6\sigma$ で否定したが、依然として標準模型と整合的であった。
• LHCbは $1\,\mathrm{fb}^{-1}$ データで $B\to K^*\mu^+\mu^-$ の $P_5'$ に $3.7\sigma$ の逸脱を観測し、$3\,\mathrm{fb}^{-1}$ データでも大まかな $K^*$ 反動領域の2つの隣接するビンで $3\sigma$ の逸脱が確認された。
• $R_\mu(K)$ の比はより高い精度で測定され、標準模型の予測から逸脱していることが示された。また、$R_\mu(K^*)$ もレプトンフラバー普遍性の破れと整合的な異常を示した。
• $B_s\to\tau^+\tau^-$ の分岐比は $B_s$ 支配仮定のもとで 90% 確信区間で $<5.2\times 10^{-3}$ に制約され、$B_d\to\tau^+\tau^-$ は $B_d$ 支配仮定のもとで $<1.6\times 10^{-3}$ に制約された。