[논문 리뷰] $R_{J/\psi}$ confronts $R_D$ and $R_{D^*}$

Ashutosh Kumar Alok, Dinesh Kumar외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 11.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 65인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 $R_D$ 및 $R_{D^*}$의 이４ anomalies를 설명하기 위해 새로운 물리학 해법을 조사하며, 최근 측정된 $R_{J/\bar{\psi}}$로 인해 이러한 해법의 일부만 살아남음을 밝혀내며, 모든 살아남은 해법은 $R_{J/\psi} \leq 0.36$를 예측한다. 렙톤성 붕괴 $B_c \to \mu\bar{\mu}$는 해법의 1/3을 제거하며, 이는 모든 새로운 해법을 포함한다. 향후 $R_{J/\psi}$ 측정치는 중심값이 더 낮을 가능성이 높다.

ABSTRACT

We do a systematic search of the new physics couplings with different four-Fermi Lorentz structures which can explain the excess in $R_D$ and $R_{D^*}$. We find a few more allowed solutions, compared to the previous analyses, because of the measured values of these parameters have shifted recently. All these solutions are still allowed when we include the newly measured $R_{J/\psi}$ in our fitting procedure. However, a third of these solutions, including all the new solutions, are ruled out by the leptonic branching ratio of $B_c$ meson. Every one of the surviving solutions predicts $R_{J/\psi}\leq 0.36$. In view of this, we expect future measurements of $R_{J/\psi}$ to have a smaller central value. We also find that the need for new physics is driven by the data from those experiments where the $ au$ lepton is not reconstructed. New physics in $b ightarrow c\,\mu\,\bar{ u}$ is not compatible with the full set of observables in the decays $B ightarrow Dl\bar{ u}$ and $B ightarrow D^*l\bar{ u}$. The expected measurements of $ au$ polarization and $D^*$ polarization can distinguish only tensor new physics but none of the others.

연구 동기 및 목표

• 관측된 $R_D$ 및 $R_{D^*}$ 초과 현상을 설명할 수 있는 다양한 4 Fermi 라고주스 구조를 가진 새로운 물리학 쌍체를 체계적으로 탐색하기 위해.
• 최근에 측정된 $R_{J/\psi}$ 값에 비추어 이러한 해법을 재평가하기 위해.
• 이러한 해법이 렙톤성 분해비율인 $B_c$ 메손의 성질과 얼마나 일치하는지 테스트하기 위해.
• 모든 현재 관측량을 종합한 글로벌 피팅에 포함되었을 때도 살아남는 새로운 물리학 모델을 규명하기 위해.
• 살아남은 모델들로부터 유도된 이론적 예측을 바탕으로 향후 실험 측정을 안내하기 위해 $R_{J/\psi}$의 기대 행동을 예측하기 위해.

제안 방법

• 다양한 라고주스 구조(스칼라, 벡터, 텐서 등)를 가진 4 Fermi 상호작용에 대한 체계적 스캔을 수행하여 $R_D$ 및 $R_{D^*}$ 이상 현상을 설명한다.
• 최신 실험 측정치인 $R_D$, $R_{D^*}$, $R_{J/\psi}$를 사용하여 매개변수 공간을 제약한다.
• 특정 새로운 물리학 모델을 배제하기 위해 $B_c \to \mu\bar{\mu}$의 렙톤성 붕괴 비율을 엄격한 제약 조건으로 사용한다.
• $B \to D\ell\bar{\nu}$ 및 $B \to D^*\ell\bar{\nu}$ 붕괴에서의 관측량을 포함한 글로벌 피팅을 수행하여 일관성을 테스트한다.
• 타원자 및 $D^*$의 극화 관측량을 분석하여 텐서형 새로운 물리학과 다른 유형을 구별한다.
• 살아남은 모델들로부터 $R_{J/\psi}$에 대한 이론적 예측을 유도하여 향후 실험적 탐색을 안내한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 4 Fermi 라고주스 구조를 가진 새로운 물리학 쌍체 중에서 $R_D$ 및 $R_{D^*}$ 이상 현상을 동시에 설명할 수 있는 것은 무엇인가?
• RQ2 최근에 측정된 $R_{J/\psi}$ 값은 이러한 새로운 물리학 해법의 타당성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 $B_c$ 메손의 렙톤성 붕괴는 허용 가능한 새로운 물리학 매개변수 공간을 얼마나 제약하는가?
• RQ4 모든 데이터를 포함했을 때, $B \to D\ell\bar{\nu}$ 및 $B \to D^*\ell\bar{\nu}$ 관측량의 전체 집합이 새로운 물리학에 의해 일관되게 설명될 수 있는가?
• RQ5 어떤 극화 관측량이 텐서형 새로운 물리학을 다른 유형과 구별하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• 업데이트된 실험 측정치로 인해 $R_D$ 및 $R_{D^*}$ 이상 현상에 대해 몇 가지 새로운 해법이 도출되었지만, 많은 해법은 $B_c \to \mu\bar{\mu}$ 붕괴 비율로 인해 배제된다.
• 모든 새로운 해법을 포함해 해법의 1/3이 $B_c$ 렙톤성 분해비율로 인해 배제되어, 유일하게 살아남는 해법은 일부에 국한된다.
• 모든 살아남은 새로운 물리학 모델은 $R_{J/\psi} \leq 0.36$를 예측하며, 이는 향후 이 비율 측정에 강력한 제약을 가짐을 시사한다.
• 새로운 물리학이 필요한 것은 주로 타우 렙톤을 재구성하지 못하는 실험에서 비롯되며, 이는 최종 상태 운동량에 민감함을 시사한다.
• 모든 데이터를 포함했을 때, $b \to c\mu\bar{\nu}$ 전이에서의 새로운 물리학은 $B \to D\ell\bar{\nu}$ 및 $B \to D^*\ell\bar{\nu}$ 관측량의 전체 집합을 일관되게 설명할 수 없다.
• 미래의 타우 및 $D^*$ 극화 측정을 통해 유일하게 텐서형 새로운 물리학을 다른 유형과 구별할 수 있다.