[論文レビュー] $R_{J/\psi}$ confronts $R_D$ and $R_{D^*}$

Ashutosh Kumar Alok, Dinesh Kumar+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 11, 2017

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 65被引用数 12

ひとこと要約

この論文は、$R_D$ および $R_{D^*}$ の異常を説明する新しい物理の解を調査しており、最近測定された $R_{J/\bar{\psi}}$ によって制約を受けると、そのうちの一部の解しか残らなくなる。残存する解すべてが $R_{J/\psi} \leq 0.36$ を予測する。レプトンの崩壊 $B_c \to \mu\bar{\mu}$ は、解の3分の1、ならびにすべての新しい解を除外し、将来の $R_{J/\psi}$ 測定値の中央値が低くなる可能性が高いことを示唆している。

ABSTRACT

We do a systematic search of the new physics couplings with different four-Fermi Lorentz structures which can explain the excess in $R_D$ and $R_{D^*}$. We find a few more allowed solutions, compared to the previous analyses, because of the measured values of these parameters have shifted recently. All these solutions are still allowed when we include the newly measured $R_{J/\psi}$ in our fitting procedure. However, a third of these solutions, including all the new solutions, are ruled out by the leptonic branching ratio of $B_c$ meson. Every one of the surviving solutions predicts $R_{J/\psi}\leq 0.36$. In view of this, we expect future measurements of $R_{J/\psi}$ to have a smaller central value. We also find that the need for new physics is driven by the data from those experiments where the $ au$ lepton is not reconstructed. New physics in $b ightarrow c\,\mu\,\bar{ u}$ is not compatible with the full set of observables in the decays $B ightarrow Dl\bar{ u}$ and $B ightarrow D^*l\bar{ u}$. The expected measurements of $ au$ polarization and $D^*$ polarization can distinguish only tensor new physics but none of the others.

研究の動機と目的

• 新しい物理のカップリングを、$R_D$ および $R_{D^*}$ の観測超過を説明できるさまざまな四フェルミ相互作用のローレンツ構造に関して体系的かつ包括的に調査すること。
• 最近測定された $R_{J/\psi}$ の値を踏まえて、これらの解を再評価すること。
• これらの解が $B_c$ メソンのレプトン的崩壊分岐比と整合するかどうかを検証すること。
• すべての現在の観測量をグローバルフィットに組み込んだ際に、どの新しい物理モデルが依然として妥当であるかを特定すること。
• 残存するモデルに基づいて $R_{J/\psi}$ の予想される挙動を導出し、将来の実験的測定をガイドすること。

提案手法

• $R_D$ および $R_{D^*}$ 異常を説明できるように、スカラー、ベクトル、テンソルなどさまざまなローレンツ構造を持つ四フェルミ相互作用について体系的なスキャンを実施した。
• 最新の実験的測定値、$R_D$、$R_{D^*}$、$R_{J/\psi}$ を用いて、パラメータ空間を制約した。
• $B_c \to \mu\bar{\mu}$ のレプトン的崩壊率を、特定の新しい物理モデルを除外する厳しい制約として用いた。
• $B \to D\ell\bar{\nu}$ および $B \to D^*\ell\bar{\nu}$ 崩壊からの観測量を含めたグローバルフィットを実施し、整合性を検証した。
• テンソル型と他の新しい物理タイプを区別できるように、$\tau$ および $D^*$ の偏光観測量を分析した。
• 残存するモデルから $R_{J/\psi}$ の理論的予測を導出し、将来の実験的探索を支援した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの新しい物理カップリング（さまざまな四フェルミローレンツ構造を含む）が、同時に $R_D$ および $R_{D^*}$ 異常を説明できるか？
• RQ2 最近測定された $R_{J/\psi}$ の値は、これらの新しい物理解の妥当性にどのように影響するか？
• RQ3 $B_c$ メソンのレプトン的崩壊は、許容される新しい物理パラメータ空間にどの程度の制約を加えるか？
• RQ4 $B \to D\ell\bar{\nu}$ および $B \to D^*\ell\bar{\nu}$ の観測量の全セットが、$b \to c\mu\bar{\nu}$ 遷移における新しい物理によって一貫して説明可能か？
• RQ5 どの偏光観測量が、テンソル型の新しい物理を他のタイプと区別できるか？

主な発見

• 最新の実験的測定値を反映して、$R_D$ および $R_{D^*}$ 異常のための新しい解がいくつか得られたが、その多くは $B_c \to \mu\bar{\mu}$ 崩壊率によって除外された。
• 解の3分の1、ならびにすべての新しい解が $B_c$ レプトン的分岐比によって除外され、残存するのは一部の解に限られる。
• 残存するすべての新しい物理モデルが $R_{J/\psi} \leq 0.36$ を予測しており、この比の将来的な測定に対して強い制約が示されている。
• 新しい物理の必要性は、主に $\tau$ レプトンが再構築されない実験によって駆動されており、最終状態の運動量構造への感受性を示唆している。
• すべてのデータを組み込んだ場合、$b \to c\mu\bar{\nu}$ における新しい物理は、$B \to D\ell\bar{\nu}$ および $B \to D^*\ell\bar{\nu}$ 観測量の全セットを一貫して説明できない。
• 将来の $\tau$ および $D^*$ 偏光測定により、唯一テンソル型の新しい物理を他のタイプと区別できる。