[論文レビュー] Scrutinizing $\bar B o D^*(D \pi) \ell^- \bar u_\ell$ and $\bar B o D^*(D \gamma) \ell^- \bar u_\ell$ in search of new physics footprints

Pietro Colangelo, Fulvia De Fazio|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2018

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 44被引用数 10

ひとこと要約

この論文は、半レプティオン的B崩壊における角度分布を調査し、特に$\bar{B} \to D^*(D\pi)\ell^- \bar{\nu}_\ell$および$\bar{B} \to D^*(D\gamma)\ell^- \bar{\nu}_\ell$の過程を対象とすることで、ハドロン的フォーム因子パラメトライゼーションの影響を検証し、レプトンのフレーバー不変性（LFU）の破れを通じて新しい物理（NP）を検出することを目的としている。本研究では、角度係数が異なるフォーム因子パラメトライゼーションを区別できること、および特に有効ハミルトニアンにおけるテンソル型演算子に敏感であることが示され、標準模型を越えてLFUを検証するための新たな観測量を提供している。

ABSTRACT

Besides being important to determine Standard Model parameters such as the CKM matrix elements $|V_{cb}|$ and $|V_{ub}|$, semileptonic $B$ decays seem also promising to reveal new physics (NP) phenomena, in particular in connection with the possibility of uncovering lepton flavour universality (LFU) violating effects. In this view, it could be natural to connect the tensions in the inclusive versus exclusive determinations of $|V_{cb}|$ to the anomalies in the ratios $R(D^{(*)})$ of decay rates into $ au$ vs $\mu, e$. However, the question has been raised about the role of the parametrization of the hadronic $B o D^{(*)}$ form factors in exclusive $B$ decay modes. We focus on the fully differential angular distributions of $\bar B o D^* \ell^-{\bar u}_\ell$ with $D^* o D \pi$ or $D^* o D \gamma$, the latter mode being important in the case of $B_s o D_s^*$ decays. We show that the angular coefficients in the distributions can be used to scrutinize the role of the form factor parametrization and to pin down deviations from SM. As an example of a NP scenario, we include a tensor operator in the $b o c$ semileptonic effective Hamiltonian, and discuss how the angular coefficients allow to construct observables sensitive to this structure, also defining ratios useful to test LFU.

研究の動機と目的

• 特に対数的$|V_{cb}|$のインクルーシブ・エクスクラーシブな不一致に関連して、排他的B崩壊におけるハドロン的フォーム因子パラメトライゼーションの役割を評価すること。
• \bar{B} \to D^*(D\pi)\ell^- \bar{\nu}_\ell$および$\bar{B} \to D^*(D\gamma)\ell^- \bar{\nu}_\ell$の角度分布が、フォーム因子モデルのあいまいさを解消するのを手伝うかどうかを調査すること。
• b \to c$半レプティオン的有効ハミルトニアンにおけるテンソル型カレントの影響を特に注目し、角度係数が新しい物理にどれほど敏感であるかを調査すること。
• レプトンのフレーバー不変性を半レプティオン的B崩壊で検証するための、角度係数から構築された新たな観測量を提案すること。

提案手法

• 角度係数関数を用いて、$\bar{B} \to D^*(D\pi)\ell^- \bar{\nu}_\ell$および$\bar{B} \to D^*(D\gamma)\ell^- \bar{\nu}_\ell$の完全微分的崩壊断面積を導出する。
• キャプリーニ＝レルーシュ＝ノイバート（CLN）およびボイス＝グリーンスタイン＝レーベット（BGL）フォーム因子パラメトライゼーションを用いて、角度分布を表現する。
• 新しい物理をモデル化するため、有効ハミルトニアンにテンソル型演算子を導入し、レプトンのフレーバー依存性を持つ結合定数を設定する。
• NPのシナリオ下で修正された角度係数を計算し、レプトンのフレーバー不変性を検証するための比を定義する。
• テンソル型カレントおよび標準模型からのずれに敏感な、特定の観測量を提案する。
• B_s \to D_s^*\ell\bar{\nu}_\ell$遷移のプローブとして、D^* \to D\gamma$崩壊モードを用いる。これはB_s崩壊に関連する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 \bar{B} \to D^*(D\pi)\ell^- \bar{\nu}_\ell$および$\bar{B} \to D^*(D\gamma)\ell^- \bar{\nu}_\ell$の角度分布は、CLNとBGLのような異なるフォーム因子パラメトライゼーションを区別できるか？
• RQ2 有効ハミルトニアンにテンソル型カレントを含めると、角度係数はどのように反応するのか？また、b \to c$遷移における新しい物理を検出できるか？
• RQ3 角度係数の比は、半レプティオン的B崩壊におけるレプトンのフレーバー不変性の破れをどの程度まで探査できるか？
• RQ4 $D^* \to D\gamma$崩壊モードは、B_s \to D_s^*\ell\bar{\nu}_\ell$崩壊における新しい物理を検出するためのクリーンなシグネチャを提供できるか？
• RQ5 NPを含めた場合、角度観測量は$|V_{cb}|$のインクルーシブ・エクスクラーシブな不一致にどの程度感度を示すか？

主な発見

• \bar{B} \to D^*(D\pi)\ell^- \bar{\nu}_\ell$および$\bar{B} \to D^*(D\gamma)\ell^- \bar{\nu}_\ell$の角度係数は、フォーム因子パラメトライゼーションの選択に敏感であり、CLNとBGLモデルの検証に役立つ手段を提供する。
• 有効ハミルトニアンにテンソル型演算子を含めることで、角度係数が変化し、新しい物理の明確なシグネチャが得られる。
• 特に$\tau$モードの崩壊において、レプトンのフレーバー不変性の破れに敏感な、特定の角度係数の比が提案された。
• $D^* \to D\gamma$崩壊モードは、B_s \to D_s^*\ell\bar{\nu}_\ell$崩壊における新しい物理を検出するための有効なチャネルであることが示された。
• 本研究では、角度観測量がフォーム因子パラメトライゼーションの制約とNPの検出の両方を同時に可能にすることを示しており、二重診断ツールとしての可能性を示している。
• 結果から、フォーム因子モデルの改善と、特にテンソル型カレントの存在下での新しい物理の組み合わせによって、$|V_{cb}|$の不一致が解消される可能性があると示唆された。