[논문 리뷰] Non-minimal UED confronts $B_{s} ightarrow\mu^{+}\mu^{-}$

Anindya Datta, Avirup Shaw|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 26.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 52인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 경계에 국한된 운동량 및 야쿠바 항(term)이 있는 비최소적 유니버설 추가 차원(nmUED) 모형에서 $B_s \to \mu^+\mu^-$의 분열 비율을 조사한다. 칼루차-클라인(KK) 상태의 1-loop 기여를 계산하여, 실험 데이터가 특정 매개변수 조합에서 압축 스케일 $R^{-1}$ 가 800 GeV 이상이 되도록 제약를 가한다 — nmUED에서 가장 엄격한 제약 중 하나이다. 분석 결과, 양의 BLT 매개변수에 대해 $B_s \to \mu^+\mu^-$는 전자기적 정밀도 관측보다 더 강력한 제약를 제공한다.

ABSTRACT

Addition of boundary localised kinetic and Yukawa terms to the action of a 5-dimensional Standard Model would non-trivially modify the Kaluza-Klein spectra and some of the interactions among the Kaluza-Klein excitations compared to the minimal version of this model, in which, these boundary terms are not present. In the minimal version of this framework known as Universal Extra Dimensional model, special assumptions are made about these unknown, beyond the cut-off contributions to restrict the number of unknown parameters of the theory to a minimal. We estimate the contribution of Kaluza-Klein modes to the branching ratios of $B_{s(d)} ightarrow\mu^{+}\mu^{-}$ in the framework of non-minimal Universal Extra Dimensional, at one loop level. The results have been compared to the experimental data to constrain the parameters of this model. From the measured decay branching ratio of $B_s ightarrow \mu^+ \mu^-$ (depending on the values of boundary localised parameters) lower limit on $R^{-1}$ can be as high as 800 GeV. We have briefly reviewed the bounds on nmUED parameter space coming from electroweak precision observables. The present analysis ($B_s ightarrow \mu^+ \mu^-$) has ruled out new regions of parameter space in comparison to the analysis of electroweak data. We have revisited the bound on $R^{-1}$ in Universal Extra Dimensional model, which came out to be 454 GeV. This limit on $R^{-1}$ in Universal Extra Dimensional framework is not as competitive as the limits derived from the consideration of relic density or Standard Model Higgs boson production and decay to $W^+ W^-$. Unfortunately, $B_{d} ightarrow\mu^{+}\mu^{-}$ decay branching ratio would not set any significant limit on $R^{-1}$ in a minimal or non-minimal Universal Extra Dimensional model.

연구 동기 및 목표

• 비최소적 UED에서 경계에 국한된 항(BLKT/BLYT)이 $B_s \to \mu^+\mu^-$ 분열 비율에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 정확하게 측정된 $B_s \to \mu^+\mu^-$ 붕괴율을 사용하여 압축 스케일 $R^{-1}$ 를 제약하기 위해.
• nmUED 매개변수 공간을 제약하는 데 있어 $B_s \to \mu^+\mu^-$ 데이터와 전자기적 정밀도 관측(S, T, U) 간의 민감도를 비교하기 위해.
• 이 프레임워크에서 $B_d \to \mu^+\mu^-$ 붕괴가 경쟁 가능한 제약를 제공하는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 경계에 국한된 운동량 및 야쿠바 항이 있는 5차원 nmUED에서 $B_s \to \mu^+\mu^-$ 붕괴 진폭의 1-loop 계산.
• KK 모드 기여를 제5 레벨까지 포함하며, 질량은 $m_n \sim \sqrt{m^2 + n^2/R^2}$ 로 주어진다.
• 피카르드 게이지에서의 루프 계산을 수행하며, 골드스톤 및 물리적 스칼라 섹터의 비물리적 도전도를 포함한다.
• 펜턴 다이어그램에서 발산을 제거하기 위해 GIM 메커니즘을 적용한다.
• BLKT/BLYT 계수를 자유 매개변수로 표현: 페르미온에 대해 $R_f$, 게이지/힉스 섹터에 대해 $R_V$.
• 이론적 예측을 실험적 분열 비율과 비교: $\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-) = (3.2 \pm 0.7) \times 10^{-9}$.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경계에 국한된 운동량 및 야쿠바 항은 nmUED에서 KK 스펙트럼과 결합 상수에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 nmUED 프레임워크에서 KK 상태의 1-loop 기여는 $B_s \to \mu^+\mu^-$에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 실험적 제약 조건이 $\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-)$ 에 의해 nmUED에서 압축 스케일 $R^{-1}$ 가 어떻게 제약받는가?
• RQ4 이 제약는 전자기적 정밀도 관측(S, T, U)과 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ5 $B_d \to \mu^+\mu^-$ 붕괴는 이 프레임워크에서 nmUED 매개변수에 대해 경쟁 가능한 제약를 제공하는가?

주요 결과

• $\text{Br}(B_s \to \mu^+\mu^-)$ 는 $R_f$ 및 $R_V$ 라는 경계에 국한된 항 매개변수에 민감하며, 이는 KK 스펙트럼과 결합 상수에 상당한 영향을 미친다.
• 양의 $R_f$ 및 $R_V$ 에 대해 $B_s \to \mu^+\mu^-$ 붕괴는 95% 신뢰수준에서 $R^{-1}$ 의 하한을 최대 800 GeV로 제약하며, 이는 nmUED 프레임워크에서 가장 엄격한 제약이다.
• 양의 $R_f$ 값에 대해 $B_s \to \mu^+\mu^-$ 의 제약는 전자기적 정밀도 관측(S, T, U)보다 더 강력하다.
• 음의 $R_f$ 에서는 KK 질량이 더 커져서 $B_s \to \mu^+\mu^-$ 의 제약가 약해지며, 이러한 영역는 이미 전자기적 데이터로 인해 배제되어 있다.
• $B_d \to \mu^+\mu^-$ 붕괴는 최소적 또는 비최소적 UED 모두에서 $R^{-1}$ 를 제약하는 데 경쟁 가능한 제약를 제공하지 않는다.
• 분석 결과, $B_s \to \mu^+\mu^-$ 에 의해 배제된 영역를 포함하여 전체 허용 매개변수 공간에서 Z 보손 질량과의 일관성이 확인되었다.