[논문 리뷰] Correlating new physics signals in $B o D^{(*)} au u_{ au}$ with $B o au u_{ au}$

Soumitra Nandi, Amarjit Soni외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 23.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 19인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 τ 레프톤 식별의 시스템적 불확실성을 줄이기 위해, 반응형 B→D(∗)τν와 순수 레프톤 반응 B→τν 간의 상관관계를 고려한 새로운 관측량 Rτ(D(∗)) = R(D(∗))/B(B→τντ)을 제안한다. BABAR와 Belle 데이터에서 이 비율은 표준모형과 일치하는 것으로 나타났으며, 이는 R(D(∗))에서의 새로운 물리 신호가 실험 오차에 의해 가려질 수 있음을 시사하며, 2HDM-II와 같은 모델을 시험하기 위해 B(B→τντ) 측정의 정밀도 향상이 필수적임을 강조한다.

ABSTRACT

Semileptonic and purely leptonic decays of B meson to $ au$, such as $B o D^{(\ast)} au u_{ au}$ and $B o au u_ au$ are studied. Recognizing that there already were some weak hints of possible deviations from the SM in the measurements of $\mathcal{B}(B o au u_ au)$ by \Babar~and Belle and the fact that detection of the $ au$ also occurs in the measurements of $B o D^{(\ast)} au u_{ au}$, we stress the importance of joint studies of these processes, whenever possible. For this purpose, as an illustration, we introduce the observable, $\mathcal{R}(D^{(*)})/\mathcal{B}(B o au u_ au)$ where, for one thing, the unknown systematics due to $ au$ identification are expected to largely cancel. We show that all measurements of this observable are consistent with the existing data, within somewhat largish experimental errors, with the predictions of the SM. We stress that precise experimental measurement and comparison with theory of the branching ratio for $B o au u_ au$ is extremely important for a reliable search of new physics. Furthermore, in view of the anticipated improved precision in experiments in the next few years, in addition to $\mathcal{R}(D^{(*)})$, host of other ratios analogous to $\mathcal{R}(D^{(*)})/\mathcal{B}(B o au u_{ au})$ in the SM are suggested for lattice calculations as well, so that for more stringent tests of the SM, correlations in lattice calculations can be properly taken into account to enhance precision.

연구 동기 및 목표

• τ 레프톤 식별의 시스템적 불확실성을 줄이기 위해 R(D(∗))와 B(B→τντ) 간의 상관관계를 도입한다.
• 통합 관측량을 사용하여 R(D(∗))에서의 새로운 물리 신호가 표준모형과 일치하는지 테스트한다.
• 신뢰할 수 있는 새로운 물리 탐색을 위해 B(B→τντ)의 정밀한 실험 측정의 필수성을 강조한다.
• 향후 라티스 QCD 계산을 통해 유사 비율(예: Rτ(π), Rτ(M∗))을 계산하여 정밀도를 향상하고 상관관계를 반영할 것을 주장한다.

제안 방법

• B→D(∗)τν와 B→D(∗)lν 간의 분해율 비율인 R(D(∗))에 대한 비율인 Rτ(D(∗)) = R(D(∗))/B(B→τντ)라는 새로운 관측량을 도입한다.
• BABAR, Belle, LHCb의 실험 데이터를 사용하여 Rτ(D(∗))를 평가하고 표준모형 예측과 비교한다.
• τ 탐지 시스템적 오차의 상쇄 효과를 평가하기 위해 비모델 독립적 분석을 수행한다.
• 2HDM-II가 Rτ(D(∗))에 미치는 영향을 분석하여, NP 기여가 비율에서 상쇄될 수 있음을 보여준다.
• 향후 라티스 계산을 위해 다른 반응형 반응(예: B→πτν, B→ρτν)에 대한 유사 비율을 제안한다.
• B(B→τντ) 측정만으로 얻은 제약 조건과 비교하여 Rτ(D(∗))를 사용한 2HDM-II 매개변수 영역의 제약 조건을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Rτ(D(∗)) 비율은 B 붕괴에서 τ 레프톤 식별의 시스템적 불확실성을 줄일 수 있는가?
• RQ2 B(B→τντ) 측정과 결합했을 때, R(D(∗))에서 관측된 표준모형에서의 편차는 표준모형과 일치하는가?
• RQ3 신규 물리 기여는 Rτ(D(∗))에서 얼마나 상쇄되는가? 이는 2HDM-II에 대한 제약 조건에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 향후 B(B→τντ)의 정밀 측정은 반응형 B 붕괴에서의 새로운 물리 탐색 민감도를 어떻게 향상시키는가?
• RQ5 라티스 QCD는 Rτ(D(∗))와 같은 상관관계가 있는 비율을 계산하여 정밀도를 향상시키는 데 어떤 역할을 할 수 있는가?

주요 결과

• Rτ(D(∗)) 관측량은 BABAR에서 보고된 R(D(∗))의 상당한 편차에도 불구하고 실험 오차 범위 내에서 표준모형과 일치하는 것으로 나타났다.
• 현재 B(B→τντ)의 큰 실험적 불확실성으로 인해 잠재적인 새로운 물리 기여가 가려지고 있으며, 이는 이 분해율의 정밀 측정이 필수적임을 시사한다.
• MH > 500 GeV 및 tanβ < 25 영역에서 Rτ(D(∗))는 2HDM-II 매개변수 영역을 배제하지 않으며, 이는 이전 BABAR 배제 결과와 정반대이다.
• B(B→τντ)로부터 유도된 tanβ 제약 조건은 Rτ(D(∗))로부터의 제약 조건과 유사한 수준임을 확인하여, B(B→τντ)가 새로운 물리 탐색에 매우 강력한 탐지 수단임을 입증한다.
• 현재 상한선으로 인해 B(B→πτν)/B(B→τντ) 비율은 제약을 받지 않지만, 향후 정밀 측정을 통해 민감도 향상이 가능할 것이다.
• 향후 표준모형 검증의 정밀도 향상을 위해 Rτ(π), Rτ(M∗) 등의 유사 비율에 대한 라티스 계산을 권장하며, 이는 상관관계를 적절히 반영하고 정밀도를 향상시킬 수 있다.