[論文レビュー] The decay $B o K+ν+\barν$ at Belle II and a massless bino in R-parity-violating supersymmetry

Zeren Simon Wang, Herbert K. Dreiner+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2023

Particle physics theoretical and experimental studiesPhysics and Astronomy被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、Belle IIが観測した $B^+ \to K^+ \nu\bar{\nu}$ 衰退の3.6σの有意水準—標準模型の予測を2.8σ上回っている—が、質量ゼロのビノを伴うR対称性破れ超対称性によって説明可能であると提唱する。この過程は、非ゼロの $\lambda'_{i23}$ もしくは $\lambda'_{i32}$ コアペリングによって誘導される木レベルの $B^+ \to K^+ \nu\tilde{\chi}_1^0$ 衰退を通じて進行し、現在の実験的制限を回避しつつ、2σ以内で測定値を説明できるパラメータ空間の広い領域が存在する。

ABSTRACT

Recently, exttt{Belle II} announced evidence for the decay $B^+ o K^+ +ν+\barν$ at the $3.5\,σ$ significance, and measured the corresponding decay branching ratio to be $2.7\,σ$ above the Standard Model prediction. Here, we provide a theoretical explanation based on a massless bino in R-parity-violating (RPV) supersymmetry. With a single non-vanishing RPV coupling $λ'_{i23/i32}$, $λ'_{i13/i33}$, or $λ'_{i12/i22}$, where $i=1,2,3$, the decay $B^+ o K^+ +\overset{\scriptscriptstyle(-)}{ν_i}+ ildeχ^0_1$ can be induced, which would lead to the same signature as $B^+ o K^+ +ν+\barν$. Taking into account both theoretical and experimental uncertainties, we derive the regions of the parameter space spanned by the RPV couplings and sfermion masses that could accommodate the new measurement at various significance levels and obey the existing bounds simultaneously.

研究の動機と目的

• Belle IIが観測した $B^+ \to K^+ \nu\bar{\nu}$ の3.6σの有意水準—標準模型の予測を2.8σ上回っている—を説明すること。
• R対称性破れ超対称性における質量ゼロのビノが、観測された分岐比の増大を説明できるかどうかを調査すること。
• Belle IIの測定値を2σ以内で説明しつつ、現在の実験的制限を満たすRPVカップリングとスフェルミオン質量パラメータ空間の妥当な領域を同定すること。

提案手法

• 非ゼロの $\lambda'_{ijk}$ コアペリングを持つR対称性破れ超対称モデルを構築し、$B^+ \to K^+ \nu\tilde{\chi}_1^0$ の木レベル衰退を生成する。
• 重いスフェルミオンを統合する有効場理論を用い、$b \to s \nu\tilde{\chi}_1^0$ 遷移の有効な4フェルミオン相互作用を導出する。
• $\lambda'_{i23}$, $\lambda'_{i32}$, $\lambda'_{i13}$, $\lambda'_{i33}$, $\lambda'_{i12}$, および $\lambda'_{i22}$ コアペリングに対する衰退幅 $\Gamma(B^+ \to K^+ \nu\tilde{\chi}_1^0)$ を計算する。
• $\lambda'_{i13}$, $\lambda'_{i33}$, $\lambda'_{i12}$, および $\lambda'_{i22}$ の場合におけるフラバー抑制を考慮するため、CKM行列要素を含める。
• 理論的および実験的不確実性を組み込みつつ、予測された分岐比をBelle IIの測定値 $(2.4 \pm 0.7) \times 10^{-5}$ と比較し、有意水準を評価する。
• 現在の $\lambda'$ コアペリングに関する実験的制限を適用し、妥当なパラメータ空間を制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R対称性破れ超対称性における質量ゼロのビノが、Belle IIが観測した $B^+ \to K^+ \nu\bar{\nu}$ の3.6σの有意水準を説明できるか？
• RQ2 どのRPVカップリング $\lambda'_{ijk}$ が、標準模型の $B^+ \to K^+ \nu\bar{\nu}$ のシグネチャを模倣する木レベルの $B^+ \to K^+ \nu\tilde{\chi}_1^0$ 衰退を生成できるか？
• RQ3 $\lambda'$ コアペリングとスフェルミオン質量パラメータ空間のどの領域が、Belle IIの測定値を2σ以内で説明し、かつ現在の実験的制限を満たすか？
• RQ4 CKM抑制効果は、異なる $\lambda'$ コアペリングが観測された分岐比増大を説明する可能性にどのように影響するか？
• RQ5 $\lambda'_{i23}$ および $\lambda'_{i32}$ コアペリングが、既存の制限と整合しながらBelle IIの結果を妥当に説明できるか？

主な発見

• $\lambda'_{i23}$ および $\lambda'_{i32}$ コアペリングはほぼ同一の結果をもたらし、パラメータ空間の広い領域で2σ有意水準内でBelle IIの測定値を説明できる。
• $\lambda'_{i23}$ および $\lambda'_{i32}$ の場合、Belle IIの2σ領域は、スフェルミオン質量がデゲネレートしており十分に重い場合、特に現在の $\lambda'$ コアペリングに関する実験的制限と両立可能である。
• $\lambda'_{i13}$ および $\lambda'_{i33}$ コアペリングは、$V_{ts}$ が小さいためCKM抑制が強く、寄与が限定的であり、測定値を説明するには大きな $\lambda'$ 値と小さなスフェルミオン質量を必要とし、これらはしばしば現在の制限によって除外される。
• $\lambda'_{i12}$ および $\lambda'_{i22}$ コアペリングもCKM抑制を受けるが、$\lambda'_{i12}$ は現在の制限を上回る10倍以上の $\lambda'$ 値を必要とし、$\lambda'_{i22}$ は測定値と制限の両方に適合するパラメータ空間が非常に狭い。
• $\lambda'_{133}$ の場合、現在のコアペリングに関する制限は2σ領域よりも数桁も強く、結果として妥当なパラメータ空間全体が除外される。