[論文レビュー] The $b o sl^+ l^{-1}$ Anomalies And Their Implications For New Physics

Sébastien Descotes–Genon, Javier Virto+2 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2016

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 22被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、LHCb、CMS、ATLASのデータを用いて、b → sℓ⁺ℓ⁻崩壊におけるウィルソン係数のグローバルフィットを提示し、特に大きな負のC9を示唆する強力な新物理寄与（4σ以上）の証拠を発見した。高スケールの新物理とQCD効果の区別もなされている。さらに、新物理がミュオンにのみカップリングする傾向が強く、レプトンフラバー非ユニバーサリティの傾向も示している。

ABSTRACT

Recently, the LHC has found several anomalies in exclusive semileptonic b --> s l^+ l^- decays. In this proceeding, we summarize the most important results of our global analysis of the relevant decay modes. After a discussion of the hadronic uncertainties entering the theoretical predictions, we present an interpretation of the data in terms of generic new physics scenarios. To this end, we have performed model-independent fits of the corresponding Wilson coefficients to the data and have found that in certain scenarios the best fit point is prefererred over the Standard Model by a global significance of more than 4{\sigma}. Based on the results, the discrimination between high-scale new physics and low-energy QCD effects as well as the possibility of lepton-flavour universality violation are discussed.

研究の動機と目的

• 観測されたb → sℓ⁺ℓ⁻崩壊における異常、特にP′₅、RK、およびBs → φμ⁺μ⁻のずれの原因を調査すること。
• これらの異常が新物理に起因するのか、それともチャームループのような低エネルギーQCD効果に起因するのかを特定すること。
• レプトンフラバー非ユニバーサリティがRK異常を説明可能かどうかを評価すること。
• 最新の実験データを用いて、モデルに依存しない形でウィルソン係数C′₉、C′₁₀、C′₇のグローバルフィットを実施すること。
• q²依存性のフィットを用いて、高スケールの新物理寄与と非摂動的QCD補正の寄与を区別すること。

提案手法

• LHCb、CMS、ATLASが提供する、排他的なb → sℓ⁺ℓ⁻崩壊の実験データに、ウィルソン係数C′₉、C′₁₀、C′₇のグローバルフィットを実施。
• ハドロン的フォーム因子（格子QCDと光円錐和則）の不確実性を高精度で推定するための洗練された手法を採用。
• QCDにおける大きな反発対称性を用いて、低q²領域におけるフォーム因子依存性を低減。
• q²の各ビンごとにC′₉のフィットを実施し、q²に依存しない新物理の兆候をテスト。
• μ⁺μ⁻とe⁺e⁻に独立した新物理カップリングを許容する二パラメータフィットを実施し、レプトンフラバー非ユニバーサリティの違反をテスト。
• 統計的堅牢性を向上させるために、理論的および実験的相関をフィットに組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ウィルソン係数C′₉への単一の新物理寄与が、複数のb → sℓ⁺ℓ⁻崩壊モードにおける観測された異常を説明可能か？
• RQ2 P′₅観測量における観測された異常は、q²に依存しない新物理寄与か、q²に依存するQCD効果か、どちらに一致するか？
• RQ3 RK異常は、新物理がミュオンにのみ強くカップリングするレプトンフラバー非ユニバーサリティを示唆しているか？
• RQ4 データは、高スケールの新物理と低エネルギーQCD効果（例えばチャームループ）を区別可能か？
• RQ5 最良のフィットされた新物理シナリオの、標準模型に対する有意水準はいかほどか？

主な発見

• ウィルソン係数のグローバルフィットにより、標準模型よりも新物理の寄与が優位であり、有意水準は4σを超えている。
• 最良のフィットシナリオでは、B → K*μ⁺μ⁻やBs → φμ⁺μ⁻を含む複数の崩壊モードで一貫して、大きな負のC′₉の寄与が支持されている。
• C′₉のビンごとのフィット結果は、q²の各ビンで一貫しており、QCD効果ではなくq²に依存しない新物理寄与の可能性を支持している。
• データは、異常をq²に依存するチャームループによる説明でないことを示しており、各ビンでC′₉が定数であることがフィットに優位に支持されている。
• RK異常（0.745 ± 0.090⁻⁰.⁰⁷⁴）は、QCD効果のみでは説明できない。これにより、レプトンフラバー非ユニバーサリティの兆候が示唆される。
• 二パラメータフィットでは、新物理がμ⁺μ⁻にのみカップリングする（電子を避けた）シナリオが支持され、ユニバーサルな場合と比較してSMの適合度が約0.5σ悪化する。