[論文レビュー] Status of the B -> pi K puzzle and its relation to B_s -> phi pi and B_s -> phi rho decays

Lars Hofer, Leonardo Vernazza|arXiv (Cornell University)|Dec 19, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、長年の B → πK パuzzle—測定された CP 不変性と標準模型（SM）の予測との間の不一致—が、電弱プルーフィンガー振幅における新しい物理（NP）に起因する可能性を提案している。このような NP が存在する場合、Bs → φπ⁰ および Bs → φρ⁰ の分岐比は、モデルに依存しない場合最大 5 倍、モデルに依存する場合最大 3 倍に増加する可能性があり、これは B → πK 系統を超えた NP を検証するクリーンなプローブを提供する。

ABSTRACT

Some discrepancies between theory and experiment in the B -> pi K decays suggest the possibility of a new physics contribution with the structure of an electroweak penguin amplitude. If such a scenario is realised in nature, the branching ratios of the decays B_s -> phi pi and B_s -> phi rho can be enhanced by about one order of magnitude. We review and update the current status of the B -> pi K puzzle and its implications for the decays B_s -> phi pi and B_s -> phi rho.

研究の動機と目的

• B → πK 衰変における解明されていない不一致が、標準模型を超える新しい物理を示唆しているかどうかを評価すること。
• Isospin 違反衰変である Bs → φπ⁰ および Bs → φρ⁰ が、電弱プルーフィンガー型新しい物理の感受性の高いプローブとして機能できるかどうかを調査すること。
• 最新の実験的および理論的入力、特に B → ρK* 衰変および Bs-Bs 混合から得られる制約を用いて、NP 捕捉の制限を更新すること。
• B → πK のデータだけでは区別できない、反対パリティの貢献を伴う異なる NP シナリオを、Bs → φπ⁰ および φρ⁰ のスピン構造を用いて区別すること。
• 半レプトン的衰変および Bs-Bs 混合からの制約を踏まえて、NP モデル（例：修正 Z⁰ プルーフィンガー、U(1)′、MSSM）の妥当性を評価すること。

提案手法

• QCDファクタライゼーション（QCDF）を用いて、B → πK および Bs → φM 衰変のハドロン行列要素を計算する。
• 電弱プルーフィンガー型として構造化された、新しい弱位相 δ を持つモデルに依存しない NP 振幅を導入し、SM 振幅を修正する。
• トポロジカルファクタライゼーションを適用して、色抑制型の木（rC）、電弱プルーフィンガー（rEW）、および NP 貢献（˜rEW、˜rC、˜rA）の形で衰変振幅を表現する。
• NP 修正振幅の虚部に感受する主要なプローブとして、観測可能な ∆ACP = ACP(B⁻→π⁰K⁻) − ACP(B⁰→π⁺K⁻) を導出する。
• B → ρK* 衰変、半レプトン的 B → Xsℓ⁺ℓ⁻、放射性 B → Xsγ、および Bs-Bs 混合からの制約を用いて、NP パラメータ空間を制限するためのグローバルフィットを実施する。
• 非摂動的 QCD 不確実性を低減し、NP への感受性を向上させるために、ヘリシティ構造の違い（PV/VV 対 PP）を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B → πK 衰変における直接 CP 不変性の差異 ∆ACP の観測された不一致は、電弱プルーフィンガー振幅における新しい物理の貢献によって説明可能か？
• RQ2 このような NP が存在する場合、Bs → φπ⁰ および Bs → φρ⁰ の分岐比はどの程度増加するか？ また、その増加は実験的に検出可能か？
• RQ3 半レプトン的衰変および Bs-Bs 混合からの制約は、電弱プルーフィンガー領域における NP の許容可能なパラメータ空間にどのように影響するか？
• RQ4 B → πK のデータだけでは区別できないが、異なる弱位相およびパリティ構造を持つ NP シナリオを、Bs → φπ⁰ および φρ⁰ 衰変が区別できるか？
• RQ5 モデルに依存しないおよびモデルに依存する解析において、Bs → φπ⁰ および φρ⁰ の分岐比は最大でどの程度増加するか？

主な発見

• モデルに依存しない解析では、他のハドロン衰変からの制約に応じて、Bs → φπ⁰ および Bs → φρ⁰ の分岐比が SM より最大 5 倍に増加することが示された。
• 半レプトン的 B → Xsℓ⁺ℓ⁻ および更新された Bs-Bs 混合データを組み込んだモデルに依存する解析では、最大の増加率が 3 倍にまで低下した。
• ∆ACP 測定により、SM の点は 2σ 水準で除外され、NP 修正電弱プルーフィンガー振幅の虚部が非ゼロである新しい物理の存在を支持する。
• 分岐比の増加は、電弱プルーフィンガー振幅が支配的で、QCD プルーフィンガー干渉の影響が小さい Isospin 違反衰変である Bs → φπ⁰ および Bs → φρ⁰ において最も顕著である。
• Bs → φπ⁰ および φρ⁰ のヘリシティ構造（PV および VV 終状態）は、B → πK（PP 終状態）と比較して非摂動的 QCD 不確実性を低減し、より信頼できるプローブとなる。
• 右側のカーブを持つ修正 Z⁰ プルーフィンガー モデルでは、Bs → φπ⁰ および φρ⁰ の許容される増加領域が 3 倍以下に制限され、グローバルフィットの結果と整合的である。