[論文レビュー] Semi-inclusive $b o s\bar{\ell}\ell$ transitions at high $q^2$

Gino Isidori, Zachary Polonsky+1 more|Zurich Open Repository and Archive (University of Zurich)|May 4, 2023

High-Energy Particle Collisions Research被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、$b\to s\bar{\ell}\ell$ の半包含的崩壊断面積について、高エネルギー二重レプトン質量領域（$q^2 \geq 15~\text{GeV}^2$）における更新された標準模型予測を提示する。この予測は、$B\to X_s\bar{\ell}\ell$ と $B\to X_u\bar{\ell}\nu$ の率の比を用いて得られ、主要な排他的モードの和を用いて妥当性が確認されている。包含的および半包含的標準模型予測の間には良好な一致が得られ、一方でデータはレプトンのフレーバー不変性の破れを示唆する $\sim2\sigma$ の欠損を示しており、これはハドロン的フォーム因子に依存しない。この結果は、標準模型との間持続的な不一致を支持する。

ABSTRACT

We present an updated Standard Model (SM) estimate of the inclusive $b o s\bar{\ell}\ell$ rate at high dilepton invariant mass ($q^2\geq 15~{ m GeV}^2$). We show that this estimate is in good agreement with the result obtained summing the SM predictions for the leading one-body modes ($K$ and $K^*$) and the subleading non-resonant $Kπ$ channel (for which we also present an updated estimate). On the contrary, the semi-inclusive sum based on data exhibits a deficit compared to the inclusive SM prediction in the muon modes. The statistical significance of this deficit does not exceed $2σ$, but is free from uncertainties on hadronic form factors, and fully compatible with the deficit observed at low-$q^2$ on the exclusive modes. The implications of these results in conjunction with other SM tests on $b o s\barμμ$ modes are briefly discussed.

研究の動機と目的

• 高 $q^2$ における包含的 $b\to s\bar{\ell}\ell$ 崩壊率の、フォーム因子に依存しない新たな推定値を、$B\to X_s\bar{\ell}\ell$ と $B\to X_u\bar{\ell}\nu$ の率の比を用いて提供すること。
• 更新された $B\to K\pi\bar{\ell}\ell$ チャネルの推定値を用いて、半包含的アプローチが完全包含的予測と整合するかを検証すること。
• ハドロン的フォーム因子の不確実性を除いても、高 $q^2$ 領域における標準模型とデータの整合性をテストすること。
• 観測されたミュオンモードにおける乖離が、ニュートリノフレーバー不変性の破れを示唆する新しい物理的効果に与える影響を評価すること。

提案手法

• 包含的 $b\to s\bar{\ell}\ell$ 確率は、$R^{(\ell)}_{\rm incl}(q_0^2) = \Gamma(B\to X_s\bar{\ell}\ell)_{[q_0^2]} / \Gamma(B\to X_u\bar{\ell}\nu)_{[q_0^2]}$ の比を用いて計算され、非摂動的不確実性が抑制される。
• この比は、Belleの実験的測定による $\Gamma(B\to X_u\bar{\ell}\nu)$ の $q^2$ 依存性を用いて評価される。
• 半包含的率は、$q^2 \geq 15~\text{GeV}^2$ における $B\to K$、$B\to K^*$、$B\to K\pi$ モードの標準模型予測を合算することで再構成される。
• $B\to K\pi\bar{\ell}\ell$ 確率は、高 $q^2$ 領域において有効場理論および重味クォーク展開の手法を用いて更新される。
• 短距離物理をパラメトライズするために、新しい有効オペレーター基底 $\mathcal{O}_V$、$\mathcal{O}_L$、$\mathcal{O}_R$、$\mathcal{O}_S$、$\mathcal{O}_P$ が用いられ、レプトン不変性とフレーバー不変性破れの寄与が分離される。
• 包含的および半包含的標準模型予測の整合性がテストされ、データと標準模型予測の比較を通じて乖離が評価される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高 $q^2$ における包含的 $b\to s\bar{\ell}\ell$ 確率は、標準模型において $B\to K$、$B\to K^*$、$B\to K\pi$ の主要な排他的モードの和と整合するか？
• RQ2 ハドロン的フォーム因子を分析から除外した場合、高 $q^2$ における半包含的 $B\to X_s\bar{\mu}\mu$ 確率の観測された欠損は持続するか？
• RQ3 観測されたミュオンモードの不一致は、ウィルソン係数 $\Delta C_L^\mu$ における小さな非ゼロのフレーバー不変性破れ寄与で説明可能か？
• RQ4 $B\to X_s\bar{\mu}\mu$、$R_K$、$R_{K^*}$、$\mathcal{B}(B_s\to\bar{\mu}\mu)$ の統合データが、$b\to s\bar{\ell}\ell$ 振幅における新しい物理に与える制約は何か？

主な発見

• 高 $q^2$ における包含的 $b\to s\bar{\ell}\ell$ 確率は、$R^{(\ell)}_{\rm incl}(q_0^2)$ の比を用いて計算されたが、$B\to K$、$B\to K^*$、$B\to K\pi$ モードの半包含的和と良好な一致を示した。
• $B\to K\pi\bar{\ell}\ell$ チャネルは、高 $q^2$ における全半包含的率の約 $10\%$ を占め、より高次元のモードはさらに抑制されている。
• 高 $q^2$ における半包含的 $B\to X_s\bar{\mu}\mu$ 確率のデータは、ハドロン的フォーム因子の不確実性に依存せず、標準模型予測に対して約 $2\sigma$ の欠損を示した。
• 観測された乖離は、$C_V$ ウィルソン係数の修正だけでは説明できない。これは、不自然に大きな補正を必要とするためである。
• $C_V$ と $\Delta C_L^\mu$ の同時フィットにより、データが良好に記述可能であり、$\Delta C_L^\mu = -0.026 \pm 0.019$ が得られた。これは、小さなが非ゼロのフレーバー不変性破れ寄与を示唆している。
• この分析により、$\mathcal{O}_V$–$\mathcal{O}_L$ オペレーター基底が、特にフレーバー不変性破れを調べる新しい物理の分析に適していることが確認された。