[論文レビュー] Two-body nonleptonic B decays in the Standard Model and beyond

M. Ciuchini, E. Franco+4 more|ArXiv.org|Jul 6, 2004

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 7被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、標準模型および超対称性における二体非レプトン的B崩壊を、QCD因子化および有効場理論を用いて研究し、特に「チャーミング・ペンギン」の寄与をモデル化する。非摂動的効果がB→ππ、B→Kπ、B→ϕK_S崩壊における観測された分岐比およびCP非対称性を説明できることを示している。また、MSSMにおけるフラーバー非保存のスクアーカー質量挿入項を介して、B→ϕK_SにおけるCP非対称性のずれを説明可能であることが明らかになった。

ABSTRACT

We briefly discuss the phenomenology of B to pi pi, B to K pi and B to phi K decays in the Standard Model and in Supersymmetry.

研究の動機と目的

• 非摂動的ハドロン行列要素および最終状態相互作用のための理論的課題を理解すること。
• QCD因子化およびSCETなどの有効場理論が、B→ππ、B→Kπ、B→ϕK_S崩壊における実験的データ、特にCP非対称性を記述できるかどうかを検証すること。
• 特にB→π⁰π⁰における大きな分岐比を説明するため、チャーミング・ペンギンおよび非因子化寄与の役割を評価すること。
• MSSMにおける新しい物理、特に質量挿入を用いたモデルに依存しない手法により、B→ϕK_SにおけるCP非対称性のずれを説明できるかを検討すること。
• SUSY寄与がS_ϕKやA_CP(B→X_sγ)といった観測量に与える影響を定量化し、新しい物理パラメータと測定可能なCP非対称性との相関関係を同定すること。

提案手法

• QCD因子化およびソフトコリネント有効理論（SCET）を用いて崩壊振幅を計算し、ペンギン寄与を高次の項を除き摂動的に計算可能とみなす。
• 実験的データに一致させるために、非因子化振幅（特にチャーミング・ペンギンおよびGIMペンギン）をパラメータ化された補正項として組み込む。
• CKMパラメータをユニタリティトライアングルのフィットから得て、B→ππ、B→Kπ、B→ϕK_Sの分岐比およびCP非対称性のグローバルフィットを実施する。
• MSSMにおいて、フラーバー変換を伴う中性荷電現在の生成およびCP違反を、非対角的スクアーカー質量項から質量挿入法を用いてモデル化する。
• BR(B→X_sγ)、A_CP(B→X_sγ)、BR(B→X_sℓ⁺ℓ⁻)、ΔM_Bsの実験的測定値に一致するように重み付けられた、質量挿入パラメータのランダムな配置に対するモンテカルロ解析を実施する。
• ΔM_Bs < 20 ps⁻¹およびS_ϕK < 0の制約を課して、妥当なSUSYパラメータ領域を選別し、観測量と新しい物理パラメータとの相関関係を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非摂動的チャーミング・ペンギン寄与が、QCD因子化の予測を大きく上回る観測されたB→π⁰π⁰の分岐比（約1.9×10⁻⁶）を説明できるか。
• RQ2 GIMペンギンや消滅項などの非因子化振幅が、B→ππ崩壊における振幅構造をどれほど支配的か。
• RQ3 最小超対称超場および制約のないスピン項を持つMSSMが、Belleが測定したS_ϕK < 0（SM予測から逸脱）をどのように説明できるか。
• RQ4 MSSMにおけるダウンクォーク質量挿入の虚数部（δ²³_d）とCP非対称性S_ϕKとの相関関係は何か。
• RQ5 質量挿入のヘリシティ構造（LL、RR、LR、RL）が、B→ϕK_S崩壊における新しい物理の許容パラメータ空間に与える影響は何か。

主な発見

• 観測されたB→π⁰π⁰の分岐比（~1.9×10⁻⁶）は、チャーミング・ペンギン（P₁ = (0.11±0.05)e^{i(-0.2±0.9)}）およびGIMペンギン（P₁^GIM = (0.43±0.14)e^{i(-0.2±0.7)}）を含めることでよく再現され、非因子化効果が不可欠であることが示された。
• B→π⁺π⁻におけるCP非対称性はフィットによりよく説明されており、S_π⁺π⁻ = -0.7±0.2であり、SM予測および実験データと整合的である。
• CKM角αの非自明な事後分布が得られ、モデルに依存しないSU(2)解析と同様の形状を示しており、ユニタリティトライアングルの制約と整合的であることが示された。
• MSSMにおいて、S_ϕK < 0を生成するにはδ²³_dの虚数部が非ゼロである必要があり、特にヘリシティ反転（LR、RL）チャンネルで強く制約され、|Im(δ²³_d)| ~ 10⁻²程度の値が得られた。
• ヘリシティ保存型挿入（LL、RR）では、ΔM_Bs < 20 ps⁻¹の制約により許容領域が縮小され、典型的な|δ²³_d| ~ 1の値が得られたが、ヘリシティ反転型挿入ではより小さい値でもデータと整合的である。
• S_ϕKにおけるSMからのずれは、非ゼロのIm(δ²³_d)と相関しており、LL系ではA_CP(B→X_sγ)が数パーセントレベルに達し、LR系では実験的上限に達する可能性がある。