[논문 리뷰] Inclusive B -> X_s l^+ l^-: Complete angular analysis and a thorough study of collinear photons

Tobias Huber, Tobias Hurth외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 16.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 15

한 줄 요약

이 논문은 다음세대 QED 보정과 복합된 콜라린어 포톤에 대한 상세한 연구를 포함하여 포함형 B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻ 붕괴의 완전한 각도 분석을 제시한다. 이는 전부 NNLO QCD, NLO QED 및 보정 항을 포함한 표준모형 예측을 모든 각도 관측량에 대해 유도하며, 순수한 QCD에서는 0이 되는 새로운 QED 민감 관측량을 규명하여 벨레 II에서 새로운 물리의 청소된 탐지 수단을 제공한다.

ABSTRACT

We investigate logarithmically enhanced electromagnetic corrections of all angular observables in inclusive B -> X_s l^+ l^-. We present analytical results, which are supplemented by a dedicated Monte Carlo study on the treatment of collinear photons in order to determine the size of the electromagnetic logarithms. We then give the Standard Model predictions of all observables, considering all available NNLO QCD, NLO QED and power corrections, and investigate their sensitivity to New Physics. Since the structure of the double differential decay rate is modified in the presence of QED corrections, we also propose new observables which vanish if only QCD corrections are taken into account. Moreover, we study the experimental sensitivity to these new observables at Belle II.

연구 동기 및 목표

• 로그형 QED 보정을 포함한 포함형 B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻ 붕괴에 대한 종합적인 이론적 프레임워크를 제공하기 위해.
• 전용 몽테카를로 시뮬레이션을 사용하여 콜라린어 포톤의 각도 관측량에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 모든 각도 관측량에 대해 NNLO QCD, NLO QED 및 보정 항을 포함한 정밀한 표준모형 예측을 도출하기 위해.
• 순수한 QCD에서는 0이 되는 QED 보정에 민감한 새로운 각도 관측량을 규명하여 새로운 물리의 청소된 서명으로 활용하기 위해.
• 벨레 II 실험에서 이러한 새로운 관측량의 실험적 감도를 평가하기 위해.

제안 방법

• QED 보정이 존재하는 상황에서 이중미분 붕괴률에 대한 완전한 각도 분해를 수행하기 위해.
• 지역 연산자 곱 전개(OPE)를 사용한 효과적 장 이론 접근법을 통해 QCD 및 QED 보정을 체계적으로 포함하기 위해.
• 콜라린어 포톤의 각도 관측량에 미치는 영향을 모델링하고 정량화하기 위해 몽테카를로 시뮬레이션을 구현하기 위해.
• 모든 각도 관측량을 NLO QED 및 NNLO QCD 정밀도에서 계산하며, 1/m_b² 단계의 보정 항도 포함하기 위해.
• 저- 및 고-q² 영역에서 분열율과 각도 관측량에 대한 해석적 표현을 유도하기 위해.
• 순수한 QCD에서는 0이 되는 QED 보정에 민감한 새로운 관측량을 제안하여 새로운 물리의 청소된 테스트 수단을 제공하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 QED 보정은 포함형 B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻ 붕괴의 각도 분포에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 이 붕괴 모드에서 콜라린어 포톤의 영향은 각도 관측량에 대해 정량적으로 어떻게 작용하는가?
• RQ3 어떤 새로운 각도 관측량이 QED 보정에 민감하며, 따라서 새로운 물리의 탐지 수단으로 활용될 수 있는가?
• RQ4 완전한 NNLO QCD 및 NLO QED 보정은 분열율과 각도 관측량에 대한 이론적 예측에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 벨레 II에서 새로운 QED 민감 관측량에 대한 기대 실험 감도는 어떠한가?

주요 결과

• NLO QED 보정을 포함함으로써 이중미분 붕괴률의 구조가 변화하여 순수한 QCD에서는 존재하지 않는 새로운 각도 의존성이 도입된다.
• 논문은 QED 보정이 없는 경우에 0이 되는 새로운 각도 관측량을 규명하여 표준모형을 초월한 새로운 물리의 청소된 서명을 제공한다.
• 몽테카를로 시뮬레이션은 콜라린어 포톤 효과가 상당히 크며, 포함형 붕괴 모드에서 정밀도 예측을 위해 반드시 포함되어야 한다고 확인한다.
• 저- 및 고-이중레프온 질량 영역에서 분열율에 대한 이론적 예측을 NNLO QCD 및 NLO QED 보정을 포함하여 제공한다: B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻(low) ≈ (1.58 ± 0.37)×10⁻⁶ 및 B̄→Xₛℓ⁺ℓ⁻(high) ≈ (0.48 ± 0.10)×10⁻⁶.
• LHCb에서 측정된 R_K 비율은 표준모형에서 2.6σ의 편차를 보이며, 포함형 모드는 이러한 이상 현상에 대한 теор적으로 청소된 교차검증 수단을 제공한다.
• 전자 및 뮤온 최종 상태에서 분열율과 각도 관측량에 대한 명시적 해석적 표현을 제공하며, 윌슨 계수의 실수 및 허수 부분을 포함한다.