[논문 리뷰] Rare B, D and K decays, radiative and electroweak penguin decays, including constraints on $V_{td}/V_{ts}$ and $\epsilon'/\epsilon$: Summary of CKM 2018 working group 3.

M. De Cian, Sébastien Descotes–Genon외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 01. 14.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 81인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 2018년 CKM 워킹 그룹 3 세션에서 희귀 B, D, K 붕괴에 대한 요약을 다루며, 새로운 물리학의 탐색을 위한 복사 및 전자약한 펜턴 과정에 초점을 맞춘다. 최신 실험 측정치와 이론적 제약 조건을 제시하며, 특히 B⁰→K*⁰μ⁺μ⁻에서의 P′5 각도 관측량에서 3.4σ의 편차와 RK 비율에서 2.6σ의 편차를 강조한다. 이는 표준모형을 초월한 새로운 물리학의 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

Rare $B$, $D$ and $K$ decays provide interesting probes of the Standard Model (SM), with a potential sensitivity to New Physics (NP) higher than other, more common, decays. Their experimental measurement is challenging, and their theoretical interpretation requires a precise knowledge of QCD at low energies, in the non-perturbative (hadronic) regime. The various $b$, $c$, $s$ decays provide different types of tests of the Standard Model, which can be performed in different experimental settings and which may exhibit correlated deviations in models of New Physics.

연구 동기 및 목표

• CKM 2018 워크숍에서의 최신 실험 및 이론 결과를 희귀 B, D, K 붕괴에 대해 요약하기.
• 이 결과들이 표준모형과 일관된지 평가하고, 새로운 물리학을 시사하는 잠재적 편차를 규명하기.
• CKM 행렬 원소 Vtd/Vts와 직접 CP 위반 파라미터 ε′/ε에 대한 업데이트된 제약 조건 제공하기.
• 이 붕괴들이 렙톤의 맛 보존 성질을 테스트하고 표준모형을 초월한 물리학을 탐색하는 데 미치는 영향 평가하기.

제안 방법

• LHCb, Belle, BaBar, ATLAS, CMS, NA62, KOTO에서 수집한 b, c, s 쿼크를 포함한 희귀 붕괴에 대한 실험 데이터 분석.
• 모델에 종속되지 않는 효과 이론(SMEFT)과 ∆S = 1 효과 이론을 사용하여 ε′/ε를 계산하고, 새로운 물리학의 윌슨 계수와 연관짓기.
• P′5와 같은 각도 관측량을 추출하기 위해 순간 분석 및 연속 분포 피팅 적용.
• 최소한의 이론적 불확실성으로 렙톤의 맛 보존 성질을 테스트하기 위해 분해율과 비율(RK, RK*) 비교.
• K→πℓ⁺ℓ⁻ 및 K→πνν̄ 붕괴의 형상 인자 계산을 위해 격자 QCD 계산 수행하여 장거리 강한 상호작용 기여 추정.
• ATLAS 및 LHCb 데이터의 가능도 등고선 조합을 통해 B⁰→μ⁺μ⁻ 분해율에 대한 상한 설정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 B⁰→K*⁰μ⁺μ⁻의 각도 분포, 특히 P′5 관측량에서 새로운 물리학의 증거가 있는가?
• RQ2 측정된 RK 및 RK* 비율이 표준모형 예측에서 유의미하게 벗어나는가? 이는 렙톤의 맛 보존 성질 위반을 시사하는가?
• RQ3 희귀 K→πνν̄ 붕괴는 새로운 물리학 스케일과 윌슨 계수에 어떤 제약을 둔다?
• RQ4 B⁰s→μ⁺μ⁻ 및 B⁰→μ⁺μ⁻의 측정된 분해율은 표준모형 예측과 어떻게 비교되며, 이는 새로운 물리학에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 B 붕괴에서 관측된 편차는 제3세대 쿼크 결합을 포함하는 단일 새로운 물리학 모형으로 일관되게 설명될 수 있는가?

주요 결과

• B⁰→K*⁰μ⁺μ⁻에서 P′5 각도 관측량은 표준모형 예측에서 3.4σ 편차를 보이며, 새로운 물리학 또는 쿼크 루프 효과의 과소평가 가능성을 시사한다.
• RK 비율은 q²=1–6 GeV²/c⁴ 범위에서 0.745+0.090−0.074±0.036로 측정되었으며, 표준모형과 2.6σ 편차를 보이며 렙톤의 맛 보존 성질 위반 가능성을 시사한다.
• ATLAS는 B⁰s→μ⁺μ⁻의 분해율을 (2.8±0.8)×10⁻⁹로 측정하였으며, 표준모형 예측과 일치하며 새로운 물리학에 대한 강력한 제약 조건을 제공한다.
• ATLAS는 B⁰→μ⁺μ⁻에 대해 95% 신뢰수준에서 <2.1×10⁻¹⁰의 상한을 설정하였으며, 표준모형과 일치하며 새로운 물리학에 대한 높은 민감도를 보인다.
• NA62는 K⁺→π⁺νν̄에서 한 개의 후보 사건을 관측하였으며, 95% 신뢰수준에서 B(K⁺→π⁺νν̄)<14×10⁻¹⁰의 상한을 제시하였으며, 표준모형과 호환된다.
• KOTO는 KL→π⁰νν̄에 대해 90% 신뢰수준에서 <3.0×10⁻⁹의 상한을 개선하였으며, 이는 이전의 제약 조건을 크게 낮추고 새로운 물리학에 대한 민감도를 향상시켰다.