[論文レビュー] Updates on SM predictions of $|V_{cb}|$ and $R(D^{*})$ in $B o D^{*}\ellν_\ell$ decays

Sneha Jaiswal, Soumitra Nandi+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2020

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、Belle 2019年データにおける $B \to D^*\ell\nu_\ell$ 衰変分布の最新情報と、Fermilab-MILC および JLQCD からの lattice QCD 形因子を用いて、$R(D^*)$ 確率と $|V_{cb}|$ の排他的抽出に関する標準模型の予測を更新している。ベイズ的フィッティングフレームワークを採用し、$R(D^*) = 0.252^{+0.007}_{-0.006}$ および $|V_{cb}| = 39.56^{+0.106}_{-0.104} \times 10^{-3}$ を報告しており、両者とも世界平均値と約 3σ の整合性を示している。一方、$F_L(D^*)$ などの角度観測量は 2σ の整合性を示している。

ABSTRACT

We update the standard model (SM) predictions of $R(D^*)$ using the latest results on the decay distributions in $B o D^* \ell ν_{\ell}$ ($\ell = μ, e$) by Belle collaboration, while extracting $|V_{cb}|$ at the same time. Depending on the inputs used in the analysis, we define various fit scenarios. Although the central values of the predicted $R(D^*)$ in all the scenarios have reduced from its earlier predictions in 2017, the results are consistent with each other within the uncertainties. In this analysis, our prediction of $R(D^*)$ is consistent with the respective world average at $\sim 3σ$. We have also predicted several angular observables associated with $B o D^* τν_τ$ decays. We note that the predicted $F_L(D^*)$ is consistent with the corresponding measurement at 2$σ$. Utilizing these new results, we fit the Wilson coefficients appearing beyond the standard model of particle physics (BSM). To see the trend of SM predictions, we have utilized the recently published preliminary results on the form-factors at non-zero recoil by the lattice groups like Fermilab-MILC and JLQCD and predicted the observables in $B o D^* \ell ν_{\ell}$, and $B o D^* τν_τ$ decays.

研究の動機と目的

• 最新の Belle 2019 年データにおける $B \to D^*\ell\nu_\ell$ 衰変分布を用いて、$R(D^*)$ の標準模型予測を更新すること。
• 頻度的推論からベイズ的推論への移行により、統計的手法を改善した $|V_{cb}|$ の排他的決定を再評価すること。
• 実験的データ、光速度和則（LCSR）、および初期の lattice QCD 結果（Fermilab-MILC、JLQCD）を用いた形因子と衰変分布の予測を比較すること。
• SM 予測が $R(D^*)$ および $F_L(D^*)$ の実験的測定とどの程度整合しているかを評価し、ウィルソン係数を用いて新物理を制約すること。
• 特に低反動領域（$w \to 1$）において、lattice QCD 結果とデータ駆動型フィットとの間に生じる乖離を評価すること。

提案手法

• 未知のすべてのパラメータを確率分布として扱うベイズ的統計フレームワークを採用し、$B \to D^*\ell\nu_\ell$ 衰変分布にフィットした。
• 形因子に Caprini-Lellouch-Neubert (CLN) パラメータ化を用い、$q^2 = 0$ における光速度和則（LCSR）からの制約を組み込んだ。
• 非零反動領域における Fermilab-MILC および JLQCD からの最新の lattice QCD 形因子結果を統合し、モデルに依存しない比較を可能にした。
• Belle 2019 年データを用いて $w$ バインに分けた微分衰变速率分布にフィットし、LCSR 入力を含む・含まない両方の状況で $|V_{cb}|$ および $R(D^*)$ を抽出した。
• フィットした形因子を用いて、$B \to D^*\tau\nu_\tau$ 衰変における $F_L(D^*)$ や $R(D^*)$ などの角度観測量を予測した。
• SM 予測と測定された $R(D^*)$ および $F_L(D^*)$ 値を比較することで、新物理オペレーター（ベクトル、スカラー、テンソル型）のウィルソン係数を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最新の Belle 2019 年データにおける $B \to D^*\ell\nu_\ell$ 衰変分布を組み込むことで、$R(D^*)$ および $|V_{cb}|$ の更新された SM 予測はどのように変化するか？
• RQ2 lattice QCD 形因子（Fermilab-MILC、JLQCD）からの $R(D^*)$ および $F_L(D^*)$ 予測は、データ駆動型フィットおよび LCSR 入力とどの程度一致するか？
• RQ3 更新された SM 予測における $R(D^*)$ は現在の世界平均値と整合的か？ これにより、レプトン普遍性の破れにどのような示唆が得られるか？
• RQ4 ベイズ的フィットによる $|V_{cb}|$ および $R(D^*)$ の値は、従来の頻度的解析と比較してどのように異なるか？ 確率的不確実性の低減がもたらす影響は？
• RQ5 観測された $R(D^*)$ の過剰現象を説明するにあたり、どの新物理ウィルソン係数が最も支持されるか？特に左巻きベクトルまたはスカラー型オペレーターの可能性について。

主な発見

• 更新された SM 予測における $R(D^*)$ は $0.252^{+0.007}_{-0.006}$ であり、世界平均値 $0.258 \pm 0.005$ と約 3σ の整合性を示している。
• 排他的 $|V_{cb}|$ 決定は $39.56^{+0.106}_{-0.104} \times 10^{-3}$ であり、2017 年の分析と比較して顕著に不確実性が小さくなった。
• 予測された $F_L(D^*)$ は $0.656^{+0.020}_{-0.022}$ であり、2σ の範囲で測定値と整合的であるが、実験中央値よりわずかに低めに位置している。
• Fermilab-MILC および JLQCD からの lattice QCD 結果は、高反動領域ではデータ駆動型フィットと良好に一致しているが、低反動領域では 3–4σ の乖離が生じている。
• $R(D^*)$ の予測は測定値と完全には整合せず、新物理によって説明可能な $\sim 2\sigma$ の過剰が示唆される。特に左巻きベクトル型またはスカラー型オペレーターがその原因である可能性がある。
• 右巻きスカラークォークカレントのシナリオは不支持されるが、左巻きベクトルカレント（SM に類似）は、$R(D^*)$ 異常を説明するための最も支持される新物理シナリオのままである。