[논문 리뷰] Lessons for new physics from CKM studies

Jack Laiho, Enrico Lunghi외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 02. 18.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 8인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 최신 실험 및 격자 QCD 입력을 사용하여 CKM 유니타리 삼각형에 대한 글로벌 피팅을 수행하며, 표준 모형과 일치하지 않는 약 ~3σ의 긴장이 드러남. 이 긴장은 B-혼합 또는 B→τν 붕괴에서의 새로운 물리에 의해 가장 강하게 수용되며, 새로운 물리의 선호 스케일은 수백 GeV 범위임.

ABSTRACT

We perform a global fit to the CKM unitarity triangle using the latest experimental and theoretical constraints. We present results for three different sets of constraints: the standard inputs used by CKMfitter and UTFit, the standard inputs minus |Vub|, and the standard inputs minus both |Vub| and |Vcb|. For the required nonperturbative weak matrix elements, we use three-flavor lattice QCD averages from www.latticeaverages.org; these have been updated to reflect all available lattice calculations as of the "End of 2010". Given current theoretical and experimental inputs, we observe an approximately 3σ tension in the CKM unitarity triangle that can be interpreted as sign of physics beyond the standard model in the flavor sector. Using a model-independent parameterization of new physics effects, we test the compatibility of new physics in kaon mixing, in B-mixing, or in B ightarrow τ ν decay with the current data. Although the tension could be accommodated with each hypothesis, the scenarios with new physics in B-mixing or, to a lesser extent, in B ightarrow τ ν decay are strongly preferred. Finally, we interpret these results in terms contributions to ΔS = 2 and ΔB = 2 four-fermion operators. We find that the preferred scale of new physics (with Standard Model like couplings) is in the few hundred GeV range.

연구 동기 및 목표

• 최신 실험 및 격자 QCD 입력을 사용하여 독립적인 CKM 행렬식 원소 결정 간의 긴장을 정량화하기 위해.
• 카이온 혼합, B-혼합, 또는 B→τν 붕괴에서의 새로운 물리가 현재 데이터와 일치하는지 모형에 종속되지 않은 프레임워크에서 테스트하기 위해.
• ΔS=2 및 ΔB=2 4 fermion 연산자에 대한 제약 조건을 분석하여 맛 영역에서 새로운 물리의 가장 가능성이 높은 원인을 규명하기 위해.
• 관측된 CKM 유니타리 삼각형 긴장과 일치하는 새로운 물리의 선호 에너지 스케일을 결정하기 위해.
• 2010년 말까지 이용 가능한 모든 3-플레버 결과를 사용하여 비추상적 행렬 요소에 대한 격자 QCD 평균을 업데이트하기 위해.

제안 방법

• 세 가지 입력 세트를 사용하여 CKM 유니타리 삼각형에 대한 글로벌 피팅을 수행: 표준, |V_ub| 제거, |V_ub|와 |V_cb| 모두 제거.
• www.latticeaverages.org에서 제공하는 업데이트된 3-플레버 격자 QCD 평균을 사용하여 약한 행렬 요소를 처리하며, 2010년 말까지 이용 가능한 모든 결과를 통합함.
• 모형에 종속되지 않은 방식으로 ΔS=2 및 ΔB=2 4 fermion 연산자에 대한 새로운 물리 효과를 매개변수화함.
• 상관관계를 최소화하기 위해 상관관계가 없는 격자 입력을 사용하여 유니타리 삼각형 제약 조건을 구성: f_Bs√B̂_s, ξ, 및 B̂_d.
• |V_cb| 및 |V_ub| 평균의 오차를 자유도 당 카이제곱의 제곱근으로 확장하여 포함형-외포형 불일치를 보정함.
• ε_K, ΔM_Bd, ΔM_Bs, S_ψK, BR(B→τν), 및 CP 비대칭성 포함 실험 측정치와 글로벌 피팅 예측을 비교함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 모형으로 설명할 수 없는 통계적으로 유의미한 긴장이 CKM 유니타리 삼각형에 존재하는가?
• RQ2 카이온 혼합, B-혼합, 또는 B→τν 붕괴 중 어느 새로운 물리 시나리오가 관측된 긴장을 가장 잘 설명하는가?
• RQ3 CKM 유니타리 삼각형 긴장을 해결할 수 있는 새로운 물리의 선호 에너지 스케일은 무엇인가?
• RQ4 업데이트된 격자 QCD 평균은 유니타리 삼각형 긴장의 해석에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 |V_cb| 및 |V_ub|의 포함형과 외포형 결정 간의 불일치가 글로벌 피팅에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 최신 실험 및 격자 QCD 입력을 사용하여 CKM 유니타리 삼각형에서 약 3σ의 긴장이 관측됨.
• 긴장은 B-혼합에서의 새로운 물리 기여에 의해 가장 강하게 수용되며, B→τν 붕괴도 표준 모형보다 유의미한 개선을 제공함.
• 글로벌 피팅의 우도 기반으로 볼 때, 카이온 혼합에서의 새로운 물리보다 B-혼합 또는 B→τν 붕괴에서의 새로운 물리가 더 선호됨.
• 표준 모형 유사 결합을 갖는 새로운 물리의 선호 스케일은 수백 GeV 범위임.
• f_Bs√B̂_s, ξ, 및 B̂_d에 대한 업데이트된 3-플레버 격자 QCD 평균의 포함으로 상관관계가 감소하고 유니타리 삼각형 제약 조건의 정밀도가 향상됨.
• 모델 불확실성에 대한 보정이 이루어지지 않은 경우, 포함형과 외포형 |V_ub| 결정 간의 불일치는 3.3σ로 증가하며, 관측된 긴장에 크게 기여함.