[論文レビュー] Weak annihilation and new physics in charmless $B o M M$ decays

Christoph Bobeth, Martin Gorbahn+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 10, 2014

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 42

ひとこと要約

本稿は、QCD因子化を用いて、charmless $B \to MM$ 衰えにおける弱消滅と新物理を調査し、$u$-$d$ クォーク交換関連の衰えに対して普遍的な弱消滅パラメータを導入する。標準模型では、$B\to K\pi$ および $B\to K^*\phi$ を除き、弱消滅パラメータの普遍性に強い支持が得られる。また、$\Delta A_{\rm CP}$ パズルを解消できる新物理のシナリオ—例えばQEDプルーフィンクンや $b\to s\bar{u}u$ カレント-カレント型の相互作用—が同定される。

ABSTRACT

We use currently available data of nonleptonic charmless 2-body $B o MM$ decays ($MM = PP, PV, VV$) that are mediated by $b o (d, s)$ QCD- and QED-penguin operators to study weak annihilation and new-physics effects in the framework of QCD factorization. In particular we introduce one weak annihilation parameter for decays related by ($u \leftrightarrow d$) quark interchange and test this universality assumption. Within the standard model, the data supports this assumption with the only exceptions in the $B o K π$ system, which exhibits the well-known "$ΔA_{CP}$ puzzle", and some tensions in $B o K^* ϕ$. Beyond the standard model, we simultaneously determine weak-annihilation and new-physics parameters from data, employing model-independent scenarios that address the "$ΔA_{CP}$ puzzle", such as QED-penguins and $b o s \bar{u}u$ current-current operators. We discuss also possibilities that allow further tests of our assumption once improved measurements from LHCb and Belle II become available.

研究の動機と目的

• 標準模型内での $u$-$d$ クォーク交換関連の $B\to MM$ 衰えにおける弱消滅パラメータの普遍性をテストすること。
• モデルに依存しないシナリオを用いて、$b\to(d,s)$ フレーバー変換中性荷電現在の衰えにおける新物理効果を同定および定量すること。
• $B\to K\pi$ 衰えにおける $\Delta A_{\rm CP}$ パズルを、弱消滅および新物理寄与によって解消すること。
• 現在の $B\to MM$ データが短距離結合定数をどれほど制約できるかを評価し、将来のLHCbおよびBelle IIの測定に備えること。
• 理論的不確実性を低減するため、素因数化されたQCDを用いてハドロン行列要素を扱い、物性的弱消滅パラメータを導入すること。

提案手法

• QCD因子化（QCDF）を用いて、$B\to MM$ 衰えのハドロン行列要素を計算し、弱消滅寄与を1つの複素数的物性的パラメータでパrameter化する。
• $u\leftrightarrow d$ クォーク交換によって関連する衰えに対して、普遍的な弱消滅パラメータを導入し、実験データとの整合性を検証する。
• $B_{u,d,s}$ および $B_s$ の衰えが $PP$、$PV$、$VV$ 終状態に至る分岐率およびCP非対称性の実験データに対して、グローバルフィットを実施する。
• ベイズ的尤度アプローチを用い、実験的および理論的（余分な）不確実性を確率分布を介して統合する。
• $\chi^2$ および尤度に基づく疑似実験手法の両方を用いて、適合度および統計的有意性を評価するための $p$-値およびプル値を計算する。
• QEDプルーフィンクンや $b\to s\bar{u}u$ カレント-カレント型演算子を含む、モデルに依存しない新物理シナリオを分析し、$\Delta A_{\rm CP}$ の異常を説明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準模型において、$u$-$d$ クォーク交換関連の $B\to MM$ 衰えにおける弱消滅パラメータは普遍的か？
• RQ2 現在の $B\to MM$ データは、$b\to(d,s)$ FCNC遷移における標準模型を超える新物理をどの程度制約できるか？
• RQ3 QEDプルーフィンクンや $b\to s\bar{u}u$ 演算子のような新物理シナリオは、$B\to K\pi$ 衰えにおける $\Delta A_{\rm CP}$ パズルを解消できるか？
• RQ4 弱消滅およびハドロン行列要素からの理論的不確実性は、CP非対称性の解釈にどのように影響するか？
• RQ5 LHCbおよびBelle IIの将来のデータは、弱消滅の普遍性仮説をどの程度の感度でテストできるか？

主な発見

• 標準模型では、弱消滅パラメータの普遍性仮定は良好に成立しており、唯一 $B\to K\pi$ および $B\to K^*\phi$ 衰えを除いては成立する。
• $B\to K\pi$ システムは顕著な $\Delta A_{\rm CP}$ パズルを示しており、標準模型の弱消滅のみでは説明できない緊張が実験データから示唆される。
• QEDプルーフィンクンや $b\to s\bar{u}u$ カレント-カレント型演算子を含む新物理シナリオは、$\Delta A_{\rm CP}$ パズルの妥当な説明を提供する。
• 弱消滅および新物理パラメータの同時フィットにより一貫性のある制約が得られ、$B\to MM$ 衰えが新物理の感受性を持つ探査手段であることが示される。
• $p$-値分析により、普遍的弱消滅を仮定した標準模型は、$B\to K\pi$ および $B\to K^*\phi$ システムを除き、実験データと整合することが確認される。
• 将来のLHCbおよびBelle IIによる高精度測定は、弱消滅の普遍性仮説をより高い感度でテストできると予想される。