[論文レビュー] The Angular Distribution of B0-> K*0(->K-pi+)l+l- at Large Recoil in and Beyond the SM

Joaquim Matias|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2005

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、電弱モデルを超える新しい物理を探索するため、低二レプトン質量領域におけるB⁰ → K*⁰(→K⁻π⁺)l⁺l⁻崩壊の角度分布を調査し、ハドロン的不確かさに対して極めて頑健な、横方向非対称性Aₜ⁽¹⁾(s)およびAₜ⁽²⁾(s)に注目する。これらの非対称性は、 chirally flipped磁気ペンロープ作用子O′₇を介した右巻き型カレントの探査に理想的であり、NLL次数でもフォーム因子の不確かさにほとんど依存しないため、αK* や FL/FT といった他の観測量よりも優れていることが示された。

ABSTRACT

We discuss, in detail, the K* polarization states in the exclusive B meson decay B0-> K*0(-> K-pi+)l^+l^- (l=e, \mu, au) in the low dilepton mass region. We focus on the study of the angular distribution of this decay that provides valuable information on the K* spin amplitudes A_perp, A_par, A0. This can give us a handle on non-standard interactions that cannot be proved through measurements of the branching ratio and lepton forward-backward asymmetry. We explore the transverse asymmetries A_T^1(s), A_T^2(s), K* polarization parameter \alpha_{K*}(s), the fraction of K* polarization F_L(s) and F_T(s) and the corresponding integrated observables at NLL order, including factorizable and non-factorizable corrections. We find, in particular, that the dependence on hadronic uncertainties for the transverse asymmetries turns out to be very small. This allow us to distinguish which observables are better suited to look for physics beyond the SM. Finally, we study in a model independent way the implications of New Physics for these observables.

研究の動機と目的

• 電弱モデルを超える新しい物理に最も感受しやすい、B⁰ → K*⁰(→K⁻π⁺)l⁺l⁻崩壊の観測量を同定すること。
• 絶対的フォーム因子ではなく、偏極状態の振幅比に注目することで、ハドロン的不確かさを最小限に抑えること。
• NLL補正および理論的不確かさが、Aₜ⁽¹⁾(s)、Aₜ⁽²⁾(s)、αK*(s)、FL(s)、FT(s) といった主要な観測量に与える影響を評価すること。
• 特にO′₇およびO′₉,₁₀作用子を介した右巻き型カレント寄与を、モデルに依存しない方法で有効ハミルトニアンに組み込む分析を実施すること。
• 低二レプトン質量領域（光子極点支配領域）において、SMの予測と新しい物理効果を区別できる観測量を特定すること。

提案手法

• b → s l⁺l⁻遷移を記述するため、O₇、O₉、O₁₀およびそれらのchirally flipped版O′₇、O′₉、O′₁₀を含む有効ハミルトニアンアプローチを用いる。
• 大運動量極限において、フォーム因子ξ⊥およびξ∥を用いて、一次近似で偏極状態振幅A⊥およびA∥を計算し、因子的および非因子的αs補正を用いてNLL補正を組み込む。
• 角度分布は、s（二レプトン質量）、θl、θK*、φの4つの運動量変数でパラメータライズされ、微分崩壊断面積は9つの不変量Ii(s, θK*)および角度関数fi(θl, φ)の和として表現される。
• 主要な観測量は振幅比として定義される：Aₜ⁽¹⁾(s)およびAₜ⁽²⁾(s)は横方向非対称性、αK*(s)は偏極、FL(s)およびFT(s)は偏極分率を表す。
• Wilson係数Ceff₇、Ceff₉、Ceff₁₀にNLL補正を加え、フォーム因子T₁、T₂、V、A₁などはQCD和則および重いクォーク対称性関係を用いて評価する。
• BR(B → Xsγ)および光子極点支配領域に制限された低s領域を考慮して、Ceff₇′およびCeff₉,₁₀に右巻き型カレント寄与を導入し、モデルに依存しないNP解析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B⁰ → K*⁰(→K⁻π⁺)l⁺l⁻崩壊において、低二レプトン質量領域でハドロン的不確かさに対して最も頑健な観測量は何か？
• RQ2 NLL補正は横方向非対称性Aₜ⁽¹⁾(s)およびAₜ⁽²⁾(s)にどのように影響を与え、新しい物理への感受性を顕著に変化させるか？
• RQ3 Aₜ⁽¹⁾およびAₜ⁽²⁾は、O′₇作用子に起因する右巻き型カレント寄与とSM寄与をどの程度明確に区別できるか？
• RQ4 αK*(s)、FL(s)、FT(s)は偏極に感受するにもかかわらず、なぜ新しい物理探査に不適切とされるのか？
• RQ5 NPがCeff₉,₁₀に最大20％まで寄与する場合でも、Aₜ⁽¹⁾およびAₜ⁽²⁾から右巻き型カレント寄与の符号と大きさを抽出できるか？

主な発見

• 横方向非対称性Aₜ⁽¹⁾(s)およびAₜ⁽²⁾(s)は、ハドロン的不確かさ（NLL補正およびフォーム因子誤差を含む）にほとんど依存せず、新しい物理探査に極めて頑健なプローブであることが示された。
• NLL次数においても、Aₜ⁽¹⁾(s)およびAₜ⁽²⁾(s)は理論的不確かさに対して安定であり、Aₜ⁽¹⁾(s)は光子極点近傍で急激に増加し、Aₜ⁽²⁾(s)はCeff₇′の符号に敏感である。
• 2mμ ≤ Mμ⁺μ⁻ ≤ 2.5 GeVの領域におけるAₜ⁽¹⁾の積分値は0.9986 ± 0.0002であり、ほぼ最大の横方向非対称性を示している。
• Aₜ⁽²⁾の積分値は−0.043 ± 0.003であり、SMの期待値と整合的で、Ceff₇′の符号に敏感である。これは右巻き型カレントの主要な特徴である。
• これに対して、αK*(s)およびFL(s)、FT(s)はξ⊥(0)フォーム因子の不確かさに強く影響を受けるため、新しい物理探査には不適切である。
• Ceff₉,₁₀に最大20％の新しい物理寄与がある場合でも、Aₜ⁽¹⁾およびAₜ⁽²⁾はO′₇に起因する右巻き型カレント寄与の大きさと符号を効果的に抽出可能であり、NP探査としての優位性が確認された。