[논문 리뷰] B ->K*ll: The New Frontier of New Physics searches in Flavor

Sébastien Descotes–Genon, Tobias Hurth외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 05. 21.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 24인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 정밀 측정된 각도 관측량과 теор적으로 깔끔하고 모델에 종속되지 않는 양에 기반하여, 플레이버 물리학에서 뉴 피직스의 주요 탐사 수단으로 $B \to K^{*}\ell\ell$를 확립한다. 향후 LHCb의 데이터가 표준모형에서의 상관관계가 있는 편차를 드러내거나, 복사 및 준입자 뉴 피직스 연산자에 대해 지금까지 가장 날카로운 제약 조건을 설정할 것으로 나타난다.

ABSTRACT

The exclusive decay mode B ->K*ll has become one of the key players in the search for New Physics in flavor. An increasing number of observables are being studied experimentally, and with increasing precision. Its theoretical description is well under control, and an interesting set of clean observables have been identified, reducing further the theoretical uncertainties. Model-independent analyses show that in the near future this mode will either reveal NP through a pattern of correlated deviations from the SM, or pose very stringent constraints on radiative and semileptonic operators.

연구 동기 및 목표

• 실험적 정밀도와 이론적 통제력이 높기 때문에 $B \to K^{*}\ell\ell$를 플레이버 물리학에서 뉴 피직스를 테스트하는 중심 채널로 확립하기 위해.
• 이론적 불확실성에 강건하고 뉴 피직스 기여에 민감한, 청소된 모델에 종속되지 않는 관측량을 식별하고 분석하기 위해.
• $B \to K^{*}\ell\ell$가 상관관계 있는 편차를 통해 뉴 피직스를 발견하거나 효과적 연산자에 대해 가장 날카로운 제약 조건을 설정할 잠재력을 평가하기 위해.
• 다양한 각도 관측량이 서로 다른 뉴 피직스 시나리오를 구별하는 데 어떻게 상호보완적인지를 평가하기 위해.

제안 방법

• 반세분화 및 강한 상호작용 기여를 포함한 반입자-전자 연산자에 의해 분해된 붕괴 진폭을 효과적 해밀토니안 접근법을 통해 분리한다.
• QCDF, SCET, HQET와 같은 인자화 및 효과적 장 이론 기법을 사용하여 큰 및 낮은 반동 영역에서 형상 인자와 행렬 요소를 계산한다.
• 낮은 반동 영역에서의 연산자 곱 전개(OPE)와 소프트 파인 필드 정리로 형상 인자를 연결하고 이론적 불확실성을 감소시킨다.
• 이론적으로 강건하고 뉴 피직스에 민감한 '청소 관측량'으로 $P_1$, $P_2$, $P_4'$, $P_5'$, $A_{\text{FB}}$, $F_L$, $S_3$ 등을 식별한다.
• 현재 및 향후 LHCb 데이터를 기반으로 $C_7$, $C_9$, $C_{10}$, $C_7'$ 연산자 공간에서 뉴 피직스를 모델에 종속되지 않게 전역 피팅하여 제약 조건을 설정한다.
• 격자 QCD와 빛의 경로 적분 합 규칙을 사용하여 형상 인자를 계산하고, 비인자화 및 고차항 보정을 평가하여 이론적 불확실성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형에서 중성자 전이를 일으키는 중성자 흐름에서의 뉴 피직스 탐색에 있어 $B \to K^{*}\ell\ell$는 민감하고 이론적으로 강건한 탐사 수단이 될 수 있는가?
• RQ2 $B \to K^{*}\ell\ell$에서 어떤 각도 관측량이 표준모형에 대한 청소된 모델에 종속되지 않는 검증에 가장 효과적인가?
• RQ3 향후 LHCb의 $B \to K^{*}\mu^+\mu^-$ 데이터는 상관관계 있는 뉴 피직스 신호를 드러내거나, 효과적 연산자에 대해 가장 날카로운 제약 조건을 설정할 수 있는가?
• RQ4 비인자화 및 고차항 보정과 같은 이론적 불확실성은 $B \to K^{*}\ell\ell$의 각도 관측량의 해석에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 다양한 관측량은 서로 다른 뉴 피직스 시나리오를 어떻게 상호보완적으로 식별하는가?

주요 결과

• 실험적 정밀도 향상과 형상 인자 및 행렬 요소에 대한 이론적 통제력 향상으로 인해 $B \to K^{*}\ell\ell$는 이제 뉴 피직스 탐색의 주요 채널이 되었다.
• $P_1$, $P_2$, $P_4'$, $P_5'$와 같은 관측량은 강한 상호작용 불확실성에 영향을 받지 않으며 뉴 피직스에 매우 민감한 청소된 모델에 종속되지 않는 탐사 수단으로 식별되었다.
• 정밀도 $\sigma \sim 0.1$로 두 번째 $q^2$ 영역에서 $P_1$과 $P_2$를 측정할 경우, 다른 모든 복사 및 준입자 모드를 합친 것보다 더 날카로운 뉴 피직스 제약 조건을 제공할 것이다.
• LHCb의 첫 1 fb$^{-1}$ 데이터는 $P_1$, $P_2$, $S_3$, $S_9$에서 편차의 징후를 보이고 있으나, 아직 큰 불확실성이 있어 향후 발견 가능성을 시사한다.
• 준입자 연산자에서 뉴 피직스가 존재하지 않는다고 가정할 경우, $B \to K^{*}\mu^+\mu^-$는 상관관계 있는 편차 패tern을 드러내거나, $C_7$–$C_7'$ 매개변수 공간의 넓은 영역을 이전까지 없던 정밀도로 배제할 것이다.
• 이중성 위반과 고차항 보정은 작을 것으로 예상되며, 특히 $q^2$ 영역을 넓게 통합할 경우 이론적 예측의 강건성을 높일 것이다.