[논문 리뷰] Model independent analysis of the angular observables in $B^{0} o K^{*0} \mu^+ \mu^-$ and $B^{+} o K^{*+} \mu^+ \mu^-$

Tobias Hurth, F. Mahmoudi외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 22.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 10인용 수 6

한 줄 요약

이 모델 독립적 분석은 LHCb 데이터에서 새로운 물리학을 암시하는 이４ anomalies를 보이고 있는 $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ 및 $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 붕괴에서의 각도 관측량을 비교한다. 이 분석은 $B^+$와 $B^0$ 붕괴 모드 사이에 상당한 긴장이 있음을 발견하여, 표준모형을 초월한 새로운 물리학 기여가 가능하다는 것을 시사하며, 특히 $P_5'$ 관측량에서 그러한 기여가 두드러진다.

ABSTRACT

We analyse the results recently presented on the $B^{+} \ o K^{*+} \\mu^+ \\mu^-$ angular observables by the LHCb Collaboration which show indications for New Physics beyond the Standard Model. Within a model-independent analysis, we compare the fit results with the corresponding results for the angular observables in $B^{0} \ o K^{*0} \\mu^+ \\mu^-$.

연구 동기 및 목표

• 관측된 $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 붕괴에서의 이상 현상이 표준모형과 일치하는지 여부를 조사하는 것.
• $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 및 $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ 각도 관측량 간의 모델 독립적 비교를 수행하는 것.
• 특히 $P_5'$에서 관측된 분포의 차이가 표준모형을 초월한 물리학을 가리키는지 평가하는 것.
• 구체적인 모델을 가정하지 않고 실험 데이터와 효과적인 장 이론 원칙을 이용해 새로운 물리학 기여를 제약하는 것.

제안 방법

• 표준모형을 초월한 $b \to s \mu^+ \mu^-$ 전이를 기술하기 위해 모델 독립적 효과적인 장 이론 프레임워크를 사용하는 것.
• LHCb의 $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$ 및 $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ 붕괴 데이터에서 추출한 각도 관측량을 사용하는 것.
• $P_5'$를 포함한 동일한 각도 관측량 세트를 분석하여 $B^+$와 $B^0$ 붕괴 모드를 비교함으로써 잠재적인 새로운 물리학 신호를 탐지하는 것.
• 표준모형 하에서 $B^+$와 $B^0$ 모드 간의 일관성을 테스트하기 위해 각도 분포에 대한 글로벌 피팅을 적용하는 것.
• 표준모형의 맥락에서 $B^+$와 $B^0$ 데이터 세트 간의 긴장을 수량화하기 위해 $\chi^2$ 검정을 사용하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준모형 하에서 $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$의 $P_5'$ 각도 관측량에서 관측된 이상 현상이 $B^{0} \to K^{*0} \mu^+ \mu^-$ 붕괴 모드와 일치하는가?
• RQ2 모델 독립적 프레임워크에서 $B^+$와 $B^0$ 붕괴 각도 관측량 간의 긴장의 유의미한 정도는 무엇인가?
• RQ3 $B^+$와 $B^0$ 붕괴 간의 $P_5'$에서의 격리가 $b \to s \mu^+ \mu^-$ 전이에서 새로운 물리학 기여로 설명될 수 있는가?
• RQ4 효과적인 장 이론 매개변수의 변화와 실험적 불확실성에 대해 결과는 얼마나 강인한가?

주요 결과

• 표준모형 하에서 $p$-값이 약 0.018로, $P_5'$ 각도 관측량에서 $B^+$와 $B^0$ 붕괴 모드 사이에 상당한 긴장이 관측된다.
• 모델 독립적 분석 결과, 표준모형을 가정할 때 $B^+$와 $B^0$ 데이터 세트는 2.4σ 수준에서 상호 일관성이 없다.
• $B^{+} \to K^{*+} \mu^+ \mu^-$의 $P_5'$ 관측량은 표준모형 예측에서 2σ 이상 벗어나지만, $B^0$ 모드는 더 작은, 덜 유의미한 편차를 보인다.
• 분석 결과, $b \to s \mu^+ \mu^-$ 전이에 대한 새로운 물리학 기여는 $B^0$ 붕괴에서 $B^+$ 붕괴보다 더 강하게 제약을 받는다. 이는 새로운 물리학에 대한 맛 구조가 있을 수 있음을 시사한다.