[論文レビュー] The (Q_7,Q_{1,2}) contribution to B -> X_s gamma at O(alpha_s^2)

M. Czakon, Paul Fiedler+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2015

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 29被引用数 25

ひとこと要約

本論文は、包含的B → Xsγ崩壊における光子的電気双極子演算子Q7と現在-現在演算子Q1,2の干渉から生じるO(α²s) QCD補正を計算し、以前の重いcharmクォーク近似（mc ≫ mb/2）から物理的状況（mc = 0）に拡張した。更新された物性論的解析により、Eγ > 1.6 GeVにおけるCPおよびアイソスピン平均化分岐比の標準模型予測は(3.36 ± 0.23) × 10⁻⁴となった。

ABSTRACT

Interference between the photonic dipole operator Q_7 and the current-current operators Q_{1,2} gives one of the most important QCD corrections to the B -> X_s gamma decay rate. So far, the O(alpha_s^2) part of this correction has been known in the heavy charm quark limit only (m_c >> m_b/2). Here, we evaluate this part at m_c=0, and use both limits in an updated phenomenological study. Our prediction for the CP- and isospin-averaged branching ratio in the Standard Model reads B^SM_{s gamma} = (3.36 +_ 0.23) * 10^-4 for E_gamma > 1.6 GeV.

研究の動機と目的

• B → Xsγ崩壊におけるQ7とQ1,2演算子のO(α²s)干渉項を、物理的charmクォーク質量（mc = 0）で初めて計算し、以前に知られていた重いcharmクォーク近似の範囲を超えること。
• この補正を物性論的に整合性のある枠組みに組み込むことで、包含的B → Xsγ分岐比の理論的精度を向上させること。
• 重いcharmクォーク近似と物理的mc = 0の両極限を用いて、CPおよびアイソスピン平均化分岐比の標準模型予測を更新すること。
• 干渉項におけるcharmクォーク質量の完全な依存性を組み込むことで、B → Xsγ崩壊率の理論的不確実性を低減すること。

提案手法

• 有効場理論フレームワーク内で、Q7とQ1,2演算子の干渉に起因するO(α²s)補正を完全に計算し、ウィルソン係数のマッチングと走査群の発展を用いた。
• mc = 0の物理的極限における干渉振幅を評価し、以前の結果（mc ≫ mb/2の重いcharmクォーク近似でのみ有効）を物理的状況に拡張した。
• Q1–Q8演算子を含む有効ラグランジアンを用い、4ループまでの方程式を用いた異方性次元行列を用いてウィルソン係数をbクォークスケールまで発展させた。
• MS規格化を用い、非可換γ5を含み、Q7およびQ8の有効係数Ceff_i(µ)を導入。QCD補正はyjおよびzj係数を介して組み込んだ。
• 最近のグローバルフィットから得られた更新された入力パラメータ（mb、mc、非摂動的パラメータ）を用いた物性論的解析を実施。運動エネルギースキームにおける非摂動的パラメータを含めた。
• 摂動的結果と非摂動的補正を、位相空間要因Cおよび既知の非摂動的寄与N(E0)を用いて結合し、式Bsγ = Bcℓν × |VtsVtb/Vcb|² × (6αem/π) × C × [P(E0) + N(E0)] を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理的charmクォーク質量（mc = 0）におけるB → Xsγ崩壊のO(α²s)干渉項（Q7とQ1,2の間）は何か？
• RQ2 物理的mc = 0極限を含めた場合、重いcharmクォーク近似と比較してB → Xsγ分岐比の理論的予測にどのような影響を与えるか？
• RQ3 この補正がCPおよびアイソスピン平均化分岐比の理論的不確実性に与える影響は何か？
• RQ4 mb、mc、非摂動的パラメータを含む更新された入力パラメータが最終予測に与える影響は何か？

主な発見

• 物理的charmクォーク質量（mc = 0）におけるQ7とQ1,2のO(α²s)干渉項が、初めて計算された。これは、以前の重いcharmクォーク近似を超えたものである。
• 全補正は顕著で、無視できない大きさであり、0.7%のコリネアントレギュレータmb/mq依存性を示しており、これはパrametric不確実性に含まれている。
• CPおよびアイソスピン平均化分岐比の更新された標準模型予測は、Eγ > 1.6 GeVの条件下でBsγ = (3.36 ± 0.23) × 10⁻⁴となった。
• 理論的不確実性は非摂動的効果に支配されており、mb/mqからのパrametric不確実性が約0.7%寄与している。
• この結果は、世界平均の実験的値(3.43 ± 0.21 ± 0.07) × 10⁻⁴と整合しており、理論的精度が向上した。
• アイソスピン非対称性効果がパーミルレベルで無視可能であることが確認され、物性論的研究における平均化分岐比の使用が正当化された。