[論文レビュー] Theory of b --> s/d nu anti-nu

Jernej F. Kamenik|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2010

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、非標準的Zプアレンジン貢献を通じて新しい物理に対する感度を分析することにより、b → s/d νν崩壊の包括的な理論的枠組みを提供する。特に、包含的B → Xsννおよび排他的B → K*ννの極化分率といった重要な観測量を同定し、正確な標準模型（SM）予測を提示するとともに、他のフレーバー観測量との相関によってNP効果が制約されることを示している。形式因子の不確実性は、率の比を用いることで低減可能である。

ABSTRACT

The b --> s nu anti-nu transitions are sensitive probes of new physics (NP) in the form of non-standard Z penguin effects. They involve four experimentally accessible observables, among which the inclusive rate of B --> Xs nu anti-nu is the most theoretically clean, but is challenging to study experimentally. Theory errors in exclusive rates are dominated by form factors' normalization. They can be reduced in rate ratios like the K* polarization fractions in B --> K* nu anti-nu or by studying the ratio Br(B --> K nu anti-nu)/Br(B --> K l^+l^-). Measurable NP effects in b --> s/d nu anti-nu can be expressed in terms of two real parameters and are generally correlated with other flavor observables. Although in principle even in minimal flavor violating scenarios, NP can still saturate present direct bounds, in many explicit NP models new effects are already constrained by other B physics observables to be much smaller. Alternatively, b --> s/d E_miss can receive contributions from particles other than neutrinos in the final state and strong modifications of the invariant mass spectra are possible. However, interpretation of such effects in terms of bounds on interactions of such new particles is nontrivial when experimental searches employ kinematical cuts or their signal reconstruction efficiencies depend on expected signal kinematical distributions.

研究の動機と目的

• 標準模型を超える新しい物理に対するb → s/d νν崩壊の理論的および実験的感度を評価すること。
• 特に形式因子の正規化に起因する理論的不確実性を、排他的崩壊率において定量すること。
• 形式因子依存性を低減する、K*極化分率や分岐比の比といった頑健な観測量を提案すること。
• b → s/d νν遷移と他のレアB崩壊（例：B → Xsℓ+ℓ−およびBs → μ+μ−）との相関を検討すること。
• 軽い長寿命の見えない粒子が、b → s/d ννの実験的シグネチャの解釈に与える影響を評価すること。

提案手法

• b → s/d νν遷移を記述するため、演算子OνLおよびOνRを用いた有効ハミルトニアンアプローチを採用する。
• 重いクォークおよび演算子積展開を用い、NLOでのQCD補正を含めた包含的B → Xsνν率を計算する。
• 排他的崩壊における形式因子にはQCD和則を適用し、極化分率の比を用いることで不確実性を低減する。
• 分岐比および極化分率の理論的予測をB → K*ννに対して導出し、SM値として⟨FL⟩SM = 0.54 ± 0.01のような値を含む。
• 2つの実数パラメータ（例：CνL、CνR）を用いてNP効果を分析し、他のフレーバー観測量との相関を検討する。
• モデルに依存しない境界および運動量領域のカットや再構成効率の影響を考慮し、見えない最終状態の実験的探索において考察する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 形式因子の曖昧さが残る中で、排他的b → s/d νν崩壊における理論的不確実性をどのように最小化できるか？
• RQ2 他のレアB崩壊の既存測定値によって、b → s/d ννへの新しい物理寄与はどの程度制約を受けるか？
• RQ3 B → K*ννにおける極化分率は、形式因子の不確実性に依存しない新しい物理の鋭いプローブとして機能できるか？
• RQ4 軽い長寿命の見えない中性粒子が、b → s/d ννの実験的データ解釈および有効結合定数の境界にどのように影響を与えるか？
• RQ5 Br(B− → K−νν)/Br(B− → K−ℓ+ℓ−)比は、NP探索における理論的不確実性低減に果たす役割は何か？

主な発見

• 包含的分岐比Br(B → Xsνν)SMは、(2.7 ± 0.2) × 10−5として高い精度で予測され、主にCKM因子およびbクォーク質量の不確実性に支配される。
• B → K*ννにおける縦極化分率は、極めて高い精度で予測され、⟨FL⟩SM = 0.54 ± 0.01であり、形式因子依存性が最小限に抑えられる。
• Br(B− → K−νν)/Br(B− → K−ℓ+ℓ−)のような率の比は、NP探索における形式因子不確実性を顕著に低減する。
• MSSMにおいて、CνLへのNP寄与は、b → sγ、B → Xsℓ+ℓ−、および∆ms/∆mdの制約により、最大で±35%まで制限される。
• 軽い長寿命の中性粒子を伴う新しい物理は、不変質量スペクトルを歪め、運動量領域のカットや効率の変化があると、実験的境界の解釈を複雑にする。
• B → Xsℓ+ℓ−からの既存の境界は、複数のNP寄与が相殺するような状況を除き、b → sνν率をSM予測の2倍以内に制限する。